《Nature Communications》：Generation of multitissue cell-cultivated meat via multidirectional differentiation of stable porcine epiblast stem cells
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细胞培养肉是可持续蛋白质生产的新兴方案，但复刻传统肉类的质地与复合成分仍是关键挑战。本研究通过建立无血清、无异源成分的分化体系，成功驱动猪原肠胚形成前的上胚层干细胞(porcine pregastrulation epiblast stem cells)定向分化为肌肉、脂肪和内皮三种具有协同功能的细胞前体。这些前体细胞在无支架3D悬浮培养系统中展现出自主的细胞间识别与共培养相容性，自发形成仿生组织球体，提升了细胞扩增效率。最终，该多组织培养肉产品成功复现了传统猪肉的质构特性，并实现了营养调控。此平台整合了可扩展的3D悬浮培养技术与物种特异性的无血清干细胞多向分化策略，克服了当前培养肉技术的关键限制，为多组织细胞培养肉的开发提供了新途径。
面对全球人口增长、气候变化和资源压力，寻找可持续的肉类替代品已成为一项紧迫的全球性挑战。细胞培养肉，又称培养肉(Cultured meat)，正是在这种背景下应运而生的一种前沿生物技术。其愿景是在实验室环境中，通过培养动物细胞来生产肉类，从而规避传统畜牧业带来的环境负担、动物福利问题和潜在的公共卫生风险。然而，这项充满希望的技术在走向产业化与大众餐桌的道路上，仍面临着几个“硬骨头”。最大的挑战之一，是如何精确地复刻出传统肉类的复杂质地与风味。我们品尝的每一口肉，都不是单一成分，而是由肌肉、脂肪、结缔组织和血管等多种组织精密构成的复合体。目前多数细胞培养肉研究主要聚焦于生产单一类型的细胞（如肌肉细胞），这样的产品在口感、多汁度和营养构成上，与传统肉相比往往“形似而神不似”，缺乏那种令人满足的丰富层次感。此外，现有技术多依赖于昂贵的胎牛血清(Fetal Bovine Serum, FBS)和动物来源的成分，这不仅增加了成本和伦理争议，也带来了批次间差异和潜在的污染风险。同时，如何实现细胞的大规模、低成本扩增，也是产业化必须跨越的门槛。为了攻克这些难题，一项发表在《Nature Communications》上的研究为我们带来了一个整合性的创新解决方案。
为开展研究，研究团队主要运用了以下几个关键技术：首先，他们建立并维持了能在化学成分确定培养基中稳定增殖的猪上胚层干细胞(porcine epiblast stem cells)系。其次，他们开发了一套无血清、无异源成分的化学成分确定分化体系，能够将这些干细胞高效、特异地诱导分化为骨骼肌前体细胞、白色脂肪前体细胞和内皮前体细胞。最后，他们利用无支架的3D悬浮培养系统，实现了这三种分化细胞前体的自发共聚集，形成仿生的多组织球体，并验证了其可扩展性。
结果
建立稳定且可多向分化的猪上胚层干细胞系
研究人员首先从猪早期胚胎中分离并建立了猪上胚层干细胞系。通过优化培养条件，他们成功地在化学成分确定的培养基中长期维持了这些细胞的自我更新能力和基因组稳定性。关键的是，这些细胞表达多能性标记基因，如OCT4和NANOG，并且具备分化为三个胚层（内胚层、中胚层、外胚层）细胞的潜能，这为后续定向诱导分化奠定了细胞基础。
开发无血清的多谱系定向分化系统
接下来，研究团队的核心工作是设计一套无需血清和动物成分的分化方案。他们通过系统地筛选小分子化合物和生长因子组合，分别建立了驱动猪上胚层干细胞高效、特异地分化为骨骼肌成肌细胞、白色脂肪前体细胞和内皮前体细胞的诱导方案。每种方案都实现了高分化效率，并通过细胞特异性标记物（如骨骼肌的MYOD1和MYH3，脂肪的PPARγ和FABP4，内皮的PECAM1和vWF）的表达得到证实。这一成果标志着能够避开伦理和成本问题，可持续地生产培养肉所需的关键细胞类型。
实现多细胞前体的自发共聚集与3D悬浮扩增
获得三种功能细胞前体后，研究探索了如何将它们组装成更接近真实肉类的结构。他们将分化后的肌肉、脂肪和内皮前体细胞以特定比例混合，置于动态悬浮培养系统中。令人惊喜的是，这些细胞无需任何外源性支架辅助，就能通过自主的细胞间识别和相互作用，自发聚集成规则、紧密的3D多细胞球体。这种“自下而上”的自组装过程形成的球体内部，不同细胞类型呈现出一定的空间组织。更重要的是，与传统的贴壁2D培养相比，这种3D悬浮培养系统极大地提升了细胞的总扩增倍数，为解决大规模生产中的细胞数量问题提供了可行路径。
多组织培养肉产品的表征与评估
最终，研究人员收集这些富含多细胞类型的3D球体，经过温和处理形成块状产品，即多组织细胞培养肉。对其进行的一系列分析显示，该产品在质构特性上（如硬度、弹性和咀嚼性）与天然猪肉高度相似，远优于仅含肌肉细胞的培养肉。组织学分析证实了肌肉纤维、脂肪滴和类血管结构在产物中的共存。此外，通过调整分化方案中脂肪前体细胞的比例，研究人员能够精确调控最终产品中的脂肪含量，从而实现对产品营养成分（如脂肪酸组成）的定制化设计，展示了其营养调控潜力。
结论与讨论
本研究成功构建了一个从多功能干细胞到多组织肉制品的整合性平台。该平台的核心突破在于：利用物种特异性（猪）的稳定上胚层干细胞作为源头，通过一套完全无血清、化学成分确定的分化系统，实现了肌肉、脂肪和内皮三种关键组织前体细胞的可控生产；进而利用细胞的自组装特性，在可扩展的3D悬浮培养中高效形成仿生多组织聚集体。最终产物成功模拟了传统猪肉的质地和复杂成分，并能进行营养调制。
这项研究的意义重大。在科学层面，它证明了利用单一多能干细胞系通过体外定向分化产生复杂多组织结构的可行性，为组织工程和发育生物学提供了新见解。在技术层面，它通过整合“无血清分化”与“可扩展3D悬浮培养”两大要素，系统性地应对了当前细胞培养肉领域在成分定义、成本控制和规模化生产方面面临的瓶颈问题。所产出的多组织产品在质构上更接近真实肉类，提升了感官接受度。这为开发下一代不仅可持续、而且美味、营养可设计的细胞培养肉产品指明了一条清晰且可行的技术路径，推动了该领域向产业化迈进了一大步。
