培養ステーキ肉を開発する東京大学竹内昌治研究室は今年8月、5.5cm×4cm×1.5cmの培養肉の作製に成功したと発表した。
今月10日、都内で開催された国際細胞農業カンファレンス（第13回培養食料研究会）で、東京大学・大学院情報理工学系研究科・特任助教の島亜衣氏が培養肉研究の最近の成果と取り組みを発表した。
本記事では島氏の発表の内容を紹介する。
ボトムアップ製法で5.5cm×4cm×1.5cmの培養肉を作製
出典：Formation of contractile 3D bovine muscle tissue for construction of millimetre-thick cultured steak
厚みのある培養ステーキ肉の作成には、組織全体に筋繊維が並び、生体内で見られるような骨格筋の組織構造を再現する必要がある。しかし、厚い組織を作ろうとすると、組織の中心部が壊死に陥りやすい。そのため、細胞が壊死しないように、酸素と栄養を供給する必要がある。
竹内研究室では培養ステーキ肉の開発に向けて、2つの戦略を採用している。ボトムアップ式のマイクロモジュール積層法とトップダウン式の中空糸バイオリアクターを用いた灌流培養法だ。
マイクロモジュール積層法では、ミルフィーユのようにボトムアップ式に2種類のシート状モジュールを積み重ねていく。モジュールは、ウシ筋芽細胞とコラーゲンを型に流し込んで形成されたシート状で、スリットが設けられ、酸素透過性を高める工夫がされている。アンカー（固定する部分）にモジュールを積み重ねて両端を固定させて培養させると、組織内に筋繊維を一方向に形成させることができる仕組みだ。
40枚重ねて1週間培養した結果、8mm×10mm×7mmの培養肉を作製できた。この成果は2021年に発表され、培養ステーキ肉開発の第一歩となった。
出典：東京大学竹内昌治研究室
今年作成したバージョンはさらにサイズアップした5.5cm×4cm×1.5cmとなり、筋芽細胞だけでなく、ウシの脂肪組織も含まれている。
竹内教授はこの成果について、「私たちの培養脂肪入り牛肉がついに完成しました。5.5cm×4cm×1.5cmの構造化された肉です。私たちはここで歩みを止めるつもりはありません。これからも前進を続け、さらに多くのことを実現していきます」とリンクトインで述べた。
中空糸を用いたトップダウン式の培養肉開発
出典：Centimeter-scale perfusable cultured meat with densely packed, highly aligned muscle fibers via hollow fiber bioreactor
モジュールを積み上げる方法により、厚みのある培養肉を作製できたものの、40枚のモジュールを1枚ずつ積層させるには、専門的な技術が必要になる。
そこで次のアプローチとして、トップダウン戦略を考案した。動物の体内と同様に、人工血管を作って灌流培養を行うことで、最初から大きな組織が作ろうというアプローチだ。本研究は査読前の論文が公開されるプレプリントサーバーBioRχiv（バイオアーカイブ）に昨年公開された。
竹内研究室は、中空糸を使い、人工血管を持つ灌流培養デバイスを開発した。中空糸とは、マカロニやストローのように中心部が空洞の糸をいう。最初から血管に相当する通り道が複数ある状態で、組織を作っていく試みだ。
出典：Centimeter-scale perfusable cultured meat with densely packed, highly aligned muscle fibers via hollow fiber bioreactor
中空糸バイオリアクター（hollow fiber bioreactor；HFB）と呼ぶこのデバイスは、両端には3Dプリンター製の微細な穴のある固定部があり、両端をつなぐように中空糸ファイバーが配置されている。中空糸が血管のように栄養素や酸素を送達する役割を果たす。中空糸の一端は培養液に、もう一端は吸引ポンプに接続されている。
中空糸バイオリアクターと呼んでいるが、増殖のために細胞を培養するわけではない。最初から細胞とハイドロゲルを用いて組織を作り、デバイス内で組織を成熟させる狙いがある。
出典：Centimeter-scale perfusable cultured meat with densely packed, highly aligned muscle fibers via hollow fiber bioreactor
竹内研究室は50本の中空糸を使用し、鶏の初代筋芽細胞を培養した。9日間の灌流培養後、2cm × 1cm × 5mmの小さな組織片を得た（上記写真）。
中空糸を取り除き、灌流あり・灌流なしの条件で培養した組織を分析した。灌流なしでは、周辺部のみで筋管が形成され、中心部は壊死していたが、灌流ありでは中心部にも筋管形成が認められた。
食感、アミノ酸分析の比較では、灌流ありは対照群よりも、硬さがあり、2倍のアミノ酸を含んでいたという。さらに、灌流なしでは電気刺激で全く収縮しなかったが、灌流ありでは筋収縮が認められたと島氏は説明した。
中空糸バイオリアクターは、培養ステーキ肉の開発に有望である結果が得られたが、センチメートルサイズの組織を作るには1,000本以上の中空糸を配置しなければならないという課題がある。
竹内研究室は現在、スケールアップに向けてXYZステージを使用し、中空糸を半自動的に配置するシステムの開発に取り組んでいる。
より太い筋管組織の形成に向けて
出典：Dynamic and Static Workout of In Vitro Skeletal Muscle Tissue through a Weight Training Device
島氏は、より太い筋管組織を作る試みための「ウェイトトレーニングデバイス」についても紹介した。筋細胞を肥大させることで、培養ステーキ肉の食感や味の改善につながる可能性があると見ている。
この装置は、電気刺激を与えると筋肉が収縮し、重りを持ち上げる仕組みとなる。この「筋トレ」により、筋管の直径が30％増加することが確認されたという。
ウシの筋管ではまだ試していないが、このシステムによって培養組織の筋管が太くなり、培養ステーキ肉の食感や味が向上する可能性がある。本研究に関する論文は、今年8月30日に論文が発表された。
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アイキャッチ画像の出典：東京大学竹内昌治研究室
