Wetenschappers laten kweekvlees zichzelf organiseren tot spierweefsel

Kweekvlees dat qua smaak en beet niet onderdoet voor een echte biefstuk: dat is de heilige graal van de sector. Onderzoekers van het European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Barcelona zetten daar een stap in met een nieuwe kweekmethode. In plaats van spier-, zenuw- en bloedvatcellen apart te kweken en achteraf samen te voegen, laten ze embryonale stamcellen van koeien zichzelf ontwikkelen tot een compleet, klein stukje weefsel. De resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.

Van losse cellen naar samenwerkend weefsel

Huidige productiemethoden voor kweekvlees gebruiken meestal stamcellen uit volwassen koeien. Die cellen kunnen zich wel delen, maar hebben al gekozen voor één bestemming: ze groeien vrijwel alleen uit tot spierweefsel. Om een structuur te krijgen die op een steak lijkt, moeten fabrikanten daarom losse celtypen apart kweken en vervolgens met technieken als bioprinten, kweken op eetbare dragers of het stapelen van met spiercellen gevulde hydrogel-blokjes aan elkaar zetten. Dat kost extra productiestappen en maakt het lastig om de complexe opbouw van echt vlees na te bootsen.

Het team van onderzoeker Miki Ebisuya koos een andere aanpak. Ze gebruikten embryonale stamcellen, die zich in tegenstelling tot volwassen stamcellen tot vrijwel elk celtype kunnen ontwikkelen en zich bovendien onbeperkt kunnen blijven delen. Door de juiste signalen te geven, lieten de onderzoekers deze cellen via co-cultivatie tegelijk uitgroeien tot drie soorten weefsel: skeletspiercellen, zenuwcellen en cellen die bloedvaten vormen. Binnen vijftien dagen ontstonden zo vanzelf compacte, bolvormige weefselklompjes van 0,6 millimeter doorsnee, zonder dat er iets handmatig in elkaar gezet hoefde te worden. Volgens onderzoeker Marina Sanaki-Matsumiya, destijds verbonden aan het lab, is dat een belangrijke omslag: niet losse onderdelen samenvoegen, maar cellen laten samenwerken zoals ze dat ook in een groeiend dier zouden doen.

Bloedvaten als sleutel tot een echte steak

Bijzonder aan het onderzoek is dat de cellen ook bloedvatachtige structuren vormden. Bloedvaten voeren in levende dieren zuurstof en voedingsstoffen aan, waardoor weefsel kan doorgroeien zonder af te sterven. Zonder zo'n netwerk blijft kweekvlees beperkt tot dunne laagjes, omdat cellen in het midden van een groter stuk anders verstoken blijven van voeding. De vaatnetwerken in het onderzoek waren nog primitief, maar gelden als een belangrijke eerste stap richting dikkere, vleesachtige stukken.

In elk van de gekweekte weefselklompjes ontstonden spiervezels naast netwerken van vaatcellen en zenuwcellen die met de spier in contact stonden. Dat laat zien dat meerdere weefseltypen via één en hetzelfde ontwikkelingsproces kunnen ontstaan, in plaats van los gekweekt en achteraf samengevoegd te worden. Dit proces van celdifferentiatie verloopt daarmee dichter bij hoe weefsel in een levend dier ontstaat.

Kosten blijven grootste horde

De onderzoekers benadrukken dat het nog gaat om piepkleine stukjes weefsel. "Om iets te maken dat op een steak lijkt, hebben we veel grotere weefsels nodig met rijpere bloedvatnetwerken die verdere groei kunnen ondersteunen," aldus Ebisuya. Ook de kosten vormen een obstakel: het kweken van embryonale stamcellen vraagt om dure kweekmedia en reagentia, wat grootschalige voedselproductie op dit moment onbetaalbaar maakt. Alleen als die materialen goedkoper of via plantaardige alternatieven te maken zijn, wordt commercialisering haalbaar, aldus de studie.

De onderzoekers zien ook toepassingen buiten de voedingsindustrie. Omdat het systeem meerdere celtypen combineert, kan het helpen om spierontwikkeling beter te begrijpen. De methode kan bovendien worden gecombineerd met bestaande technieken: de zelf-georganiseerde cellen kunnen als bouwsteen dienen voor bioprinten, of gemengd worden met een scaffold om grotere structuren op te bouwen.