Vis enkel innførsel

dc.contributor.advisorBar, Eirin Marie Skjøndal
dc.contributor.advisorPedersen, Mona Elisabeth
dc.contributor.advisorRønning, Sissel Beate
dc.contributor.authorHagen, Torill
dc.date.accessioned2019-09-15T14:00:18Z
dc.date.available2019-09-15T14:00:18Z
dc.date.issued2019
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11250/2616834
dc.description.abstractDet forventes at verdens befolkning vil øke raskt de kommende årene, samtidig vil den globale etterspørselen av kjøtt stige og igjen føre til økt energiforbruk, miljøforurensning og mer slaktning av dyr. Dyrking av kjøtt in vitro er under utvikling for å gi et potensielt mer bærekraftig alternativ til dagens kjøttproduksjon. Teknisk sett er det mulig å dyrke kjøtt på laboratoriet, som Mark Post demonstrerte ved å produsere den første in vitro-hamburgeren i 2013. Likevel gjenstår det mye før dette kan bli et kostnadseffektivt produkt på markedet. Oppskalering av muskelcelledyrking i bioreaktorer med mikrobærere, er et skritt i denne retningen. I dag er de kommersielle mikrobærere laget av ikke-spiselig syntetiske materialer, som krever at cellene blir fjernet fra kulene under høstingen, noe som gir en mer kompleks produksjonsprosess. Hovedmålet med denne studien var å isolere primære muskelceller fra storfe og dyrke cellene både i 2D-systemer, og i oppskalerte 3D-systemer med spiselige mikrobærere. I samarbeid med det pågående forskningsprosjektet «GrowPro-Sustainable bio-production of animal proteins for human consumption» ved Nofima AS på Ås, isolerte vi muskelceller og dyrket dem i 2D-systemer, spinner-flasker og i en bioreaktor for å måle cellevekst. Vi kontrollerte ulike parametere som celletetthet, celle-viabilitet og biokjemiske prosesser under celledyrking i 2D- og 3D-systemer. For å oppnå en mer bærekraftig og effektiv oppskaleringsproduksjon ble to spiselige mikrobærere, laget av eggeskallmembran (ESM) og kollagen fra restråstoff av kalkun, plassert i spinner-flasker. To kommersielle mikrobærere, Cytodex 1 og 3, ble også plassert i spinner-flasker. Lys- og fluorescensmikroskopi ble brukt til å karakterisere utviklingen av muskelcellene i løpet av en periode på 8 dager. De biokjemiske prosessene; DNA, protein, glukose, laktat, ammoniakk og L-glutamin, ble målt i 2D- og 3D-systemene. De spiselige kollagenkulene ble laget med flytende nitrogen og kryssbundet med riboflavin for å stabilisere kulene. Muskelcellene i 2D-systemene prolifererte og spontandifferensierte seg over perioden på 8 dager. Celleveksten på Cytodex 1 and 3 hadde lignende utfall, men Cytodex 1 viste seg å gi en høyere celletetthet. Muskelcellene festet seg på begge de spiselige mikrobærerne, men ESM pulveret mistet muskelcellene etter at det nye mikrobærerne ble tilsatt etter dag 6. Kollagenkulene viste seg å være en egnet matrise for muskelcellene å proliferere på. Den oppskalerte produksjonen i bioreaktoren ga et mer stabilt miljø for cellene, grunnet stor tilgang til næringsstoffer og tilgjengelig vekstareal, vist ved de målte biokjemiske prosessene. Selv om denne studien leder oss et skritt nærmere in vitro kjøttproduksjon, er det fortsatt mange utfordringer som må løses før det når forbrukermarkedet.
dc.description.abstractThe world’s populations are expected to increase rapidly the coming years and global demand for meat will rise and result in increased energy consumption, environmental pollution and more animal suffering. Cultivation of meat in vitro is under development to give a potentially more sustainable and efficient alternative to today’s livestock production. Technically, it is possible to grow meat in the laboratory, which Mark Post demonstrated by producing the first in vitro hamburger in 2013. However, a lot of work remain to make this a cost-effective product on the market. Up-scaling of muscle cells using bioreactor and cell culture with edible microcarriers is a step in this direction. Today, the commercial microcarriers are made of non-edible synthetic materials, which requires a removal step in the harvesting of bovine muscle cells from the microcarriers, making the production process more complex. The main goal of this study was to isolate primary muscle cells from sirloin and cultivate the cells in 2D systems, and in up-scaled 3D systems with edible microcarriers. In collaboration with the ongoing research project “GrowPro-Sustainable bio-production of animal proteins for human consumption” at Nofima AS in Ås, we isolated skeletal muscle cells and cultivated them in 2D systems, spinner flasks and a benchtop bioreactor to measure the cell growth. We monitored different parameters like cell density, cell viability and biochemical processes during cultivation of muscle cells in 2D and 3D systems. To potentially achieve a more sustainable and efficient up-scaled production, two edible microcarriers were made of eggshell membrane (ESM) and collagen from residual raw materials of turkey, and was placed in the spinner flasks. Two commercial microcarriers, Cytodex 1 and 3, were also used in spinner flasks. Light and fluorescence microscopy was used to characterise the skeletal muscle cells development over the time-course of 8 days. Biochemical processes in 2D and 3D cell culture systems, such as DNA, protein, glucose, lactate, ammonia and L-glutamine, were measured using assay kits. The edible collagen beads were made using liquid nitrogen and they were cross-linked with riboflavin to make them more stable. The muscle cells in 2D systems were proliferating and spontaneously differentiated over the time-course of 8 days. The cell growth on Cytodex 1 and 3 gave similar trends in growth, however Cytodex 1 appeared to give a higher cell density. The muscle cells were attaching on both of the edible microcarriers, however, the muscle cells on ESM de-attached after new beads were added after day 6. The collagen beads appeared to be a suitable matrix for the muscle cells to proliferate on. The up-scaled production in the benchtop bioreactor was more stable due to the large access of nutrients and growth area, shown from the measured biochemically processes. This study arrives one step closer to the in vitro meat production, however, there are many challenges that must be solved before it reaches a consumer’s market.
dc.languageeng
dc.publisherNTNU
dc.titleExpansion of skeletal muscle cells using stirred bioreactors - One step closer to in vitro meat production
dc.typeMaster thesis


Tilhørende fil(er)

Thumbnail

Denne innførselen finnes i følgende samling(er)

Vis enkel innførsel