著者の所属・活動拠点の国は、セルビアです。

掲載誌：Gels

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

研究チームは、培養肉の生産に使える足場材料の開発を目指しました。培養肉のうち「組織型」と呼ばれる方式では、食べられる足場の上で筋肉の細胞を育てます。足場には、水を多く含んで膨らみ、溶けずに網目構造を保つハイドロゲルが使えます。ハイドロゲルは細胞の周りにある構造（細胞外マトリックス）をまね、栄養やガスを通せるためです。

論文によると、培養肉の足場には動物由来の材料がよく使われます。しかし動物を殺さないことが培養肉の大きな目的なので、動物由来の材料は避けるべきだと著者らは述べています。また、動物由来でない足場の多くは細胞が付着しにくいという課題があります。細胞の培養液には、細胞の増殖を支えるウシ胎児血清（FBS）が一般に加えられます。研究チームは、動物由来の生体高分子を使わずに、FBSを減らした条件でも筋芽細胞（筋肉の細胞になる前段階の細胞）を育てられる足場を作ろうとしました。

何を、どのように調べたか

材料には、海藻から得られる多糖類のカラギーナンと、キトサンを使いました。正の電荷をもつキトサンと負の電荷をもつカラギーナンを同じ濃度で混ぜて複合体を作り、凍結乾燥しました。これを、果実から抽出される架橋剤ゲニピンで化学的に結びつけてゲルにしました。ゲニピンで架橋が進むと、ゲルは青くなります。

一部のゲルには、架橋と同時に、藍藻の一種アルスロスピラ・プラテンシス（スピルリナ）の抽出物を消化酵素キモトリプシンで分解したものを加えました。この分解物には、青い色素タンパク質C-フィコシアニンに由来するペプチドが含まれます。その中には、細胞の付着を助けることで知られるRGDという配列と似た働きをすると推測されるRGE配列をもつペプチドがあります。著者らは、ペプチドがゲルに結合している「可能性がある」という慎重な表現を使っています。

研究チームは、ペプチドなしのゲルとペプチド入りの可能性があるゲルについて、表面の微細構造を電子顕微鏡で観察しました。あわせて、化学的な結合状態、硬さや弾性などの力学的な性質、水を吸う力と保つ力を測りました。ゲニピンの有無によって、ゲルに残るペプチドの量がどう変わるかも比べました。

細胞には、ウズラの筋芽細胞株QM7を使いました。ペプチドの有無が異なるゲルの上で、通常の10%のFBSを含む培養液と、FBSを5%に減らした培養液で細胞を7日間育てました。その後、生きた細胞の代謝を指標とする試験で生存率を比べました。さらに、ペプチド入りの可能性があるゲルの上で、FBSを減らした培養液を使って21日間培養しました。最後に、生きた細胞と死んだ細胞を別々の色で染めて観察しました。

主な報告結果

論文の結論によると、作ったゲルを使うと、FBSを減らした条件でも少なくとも3週間までQM7細胞を培養できました。その際の細胞の生存率は、通常量のFBSを含む培養液での生存率と同程度でした。3週間培養した後の染色画像では、生きた細胞が画像面積のおよそ10%、死んだ細胞がおよそ0.4%を占めていました。生きた細胞は死んだ細胞の約25倍だったことになります。ただし著者らは、これを画像解析に基づく概算値としています。

ペプチドを加えたゲルは、ペプチドなしのゲルより濃い青色になりました。研究チームは、青い色素を含むペプチドがキトサンに結合したことを示すものと考えています。24時間後にゲルに残ったペプチドの量は、ゲニピンがない場合、ゲニピンで架橋した場合の4分の1未満でした。著者らはこの結果を、ゲニピンによってペプチドが固定されたことを示すものとしています。

乾燥したゲルを水に浸すと、30分後の重さは、ペプチドなしのゲルで元の約10倍、ペプチド入りの可能性があるゲルで約8倍になりました。ペプチドなしのゲルは30分でほぼ吸水の上限に達しました。一方、ペプチド入りのゲルはその後さらに1時間半ほどゆっくり吸水を続けました。ペプチドの存在で吸水性が下がったことを、著者らは意外な結果としています。架橋していないキトサンとカラギーナンの混合物は、力学的な性質が弱いため、その後の実験には使われませんでした。

研究チームは費用の予備的な見積もりも示しました。実験室用の試薬価格では、乾燥ゲル1kgあたり約8800ユーロかかり、その大部分はゲニピンの費用です。ペプチドを加えても、総費用は約1%しか増えません。大量調達を想定した参考シナリオでは、1kgあたり、ペプチドなしのゲルで約80〜95ユーロ、ペプチド入りのゲルで約135〜155ユーロまで下がると見積もられました。

この報告が示すこと

研究チームは、化学的に架橋し、スピルリナ由来のペプチドを結合させた可能性のあるキトサン／カラギーナンのハイドロゲルについて結論を述べています。このゲルは、実験室の規模で、動物由来の製品の使用を最小限に抑えながら筋芽細胞を長期培養するための有望な足場になりうる、というものです。細胞が付着しやすくなる理由としては、ペプチドが血清中のタンパク質を吸着しやすくしたことや、ペプチドが金属イオンと相互作用したことが考えられるとしています。ただし、これらは可能性として論じられたもので、確かめられた仕組みではありません。

費用面では、精製したペプチドや化学合成したペプチドを使う方法と比べて、分画していない藍藻の分解物を使えば合成や大がかりな精製を省けます。著者らはこれを経済的な利点になりうると述べています。一方で、ゲニピンによる架橋、凍結乾燥を何度も行う工程、多量の液体を使う手順は、より簡単なゲルの作り方と比べた弱点だとしています。費用の見積もりは予備的なもので、人件費、設備費、品質管理、規制対応の費用は含まれていません。

著者らが挙げる研究の限界は次の3点です。使った細胞は1種類だけでした。ゲルはペプチドの有無を除いて1種類だけで、多糖やゲニピンの濃度は変えていません。また、配列と特定の働きを結びつけられる個別のペプチドではなく、藍藻の分解物をそのまま使いました。

原著論文の著者・所属：Ljubodrag Aleksić（Centre of Excellence for Molecular Food Sciences & Department of Biochemistry, Faculty of Chemistry University of Belgrade, 11158 Belgrade, Serbia）、Vladimir Pavlović（Department of Mathematics and Physics, Faculty of Agriculture, University of Belgrade, 11080 Belgrade, Serbia）、Marija S. Nikolić（Department of General and Inorganic Chemistry, Faculty of Technology and Metallurgy, University of Belgrade, 11000 Belgrade, Serbia）、Aleksandar Ivanov（Centre of Excellence for Molecular Food Sciences & Department of Biochemistry, Faculty of Chemistry University of Belgrade, 11158 Belgrade, Serbia）、Nikola Gligorijević（Department of Chemistry, Institute of Chemistry, Technology, and Metallurgy, University of Belgrade, 11000 Belgrade, Serbia）、Simeon Minić（Centre of Excellence for Molecular Food Sciences & Department of Biochemistry, Faculty of Chemistry University of Belgrade, 11158 Belgrade, Serbia）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Ljubodrag Aleksić, Vladimir Pavlović, Marija S. Nikolić, et al. C-Phycocyanin-Derived Peptide-Conjugated, Chemically Crosslinked Chitosan/Carrageenan Hydrogels for Myoblast Cultivation in Reduced Serum Conditions. Gels（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-08-13. DOI: 10.3390/gels12080720. 原著ライセンス：CC BY.