Poröse Gitterstrukturen für das Steak aus dem Labor

Simona Fehlmann

ETH Zürich und sallea

Im Labor kann man heute erst dünne Schichten von Fleisch herstellen, das hauptsächlich zu Gehacktem verarbeitet werden kann. Simona Fehlmann und ihr Team von der ETH Zürich wollen ein Gerüst weiterentwickeln, einen essbaren Schaum, an dem die Zellen zu einem dicken Stück Fleisch wachsen können. Ihr Gerüst basiert auf einem offenen Porensystem, damit sich die Nährstoffe und Muskelzellen während des Wachsens des Fleisches/Muskelgewebes besser (homogen) verteilen können.

Ergebnis

Im Projekt wurden essbare Zellulose-Scaffolds per 3D-Druck hergestellt und mit Muskelzellen besiedelt, um sie für kultiviertes Fleisch und Fisch zu testen. Angereichert mit Pflanzenproteinen imitieren sie das Nährstoffprofil von Fleisch. Erste Erfolge in Zellwachstum und Materialmodifikationen wurden erzielt. Das Projekt endet erfolgreich und wird mit Anschlussfinanzierungen weitergeführt.

Im Rahmen des Projekts wurden Scaffolds mithilfe einer Plattformtechnologie basierend auf indirektem 3D-Druck hergestellt. Die Scaffolds wurden dann mit Muskelzellen besiedelt, um deren Tauglichkeit für den Einsatz in der zellulären Landwirtschaft zu prüfen.

Der Fokus lag dabei auf essbaren Scaffoldmaterialien, wie zum Beispiel Zellulose, für die Kultivierung von Fleisch und Fisch. Um die Lebensmitteltauglichkeit zu gewährleisten, wurde auch ein Schwerpunkt auf das Nährstoffprofil, sowie regulatorische Aspekte der Lebensmittelproduktion gesetzt. Deshalb wurde ein Prozess entwickelt, wie die Zellulosescaffolds mit Pflanzenproteinen angereichert werden können. Damit wird das Nährstoffprofil von konventionellem Fleisch besser imitiert. Des Weiteren wurde der Prozess mit einem EFSA Experten angeschaut und mögliche Knackpunkte für die Lebensmittelzertifizierung identifiziert.

Im Rahmen dieses SATW Projekts waren wir auch in engem Austausch mit potentiellen Kunden und Kollaboratoren. Durch die schnellen Feedback-Loops im Ökosystem konnten wir die Anforderungen an unsere Scaffolds präziser definieren und entsprechend Anschlussprojekte auf die dringlichsten Entwicklungsschritte abstimmen. Für Zellversuche mit C2C12 (Maus-Muskelzellen) wurden verschiedene Scaffolds mitunterschiedlichen Gitterstrukturen hergestellt. Vor der Besiedlung wurden die Scaffolds sterilisiert, um Kontaminationen in der Zellkultur zu vermeiden. Bei einseitiger Besiedlung der Scaffolds mit mehreren Millionen Zellen zeigten die Zellen gutes Wachstum auf beiden Scaffoldarten. Dabei konnte ein Querschnitt von mehr als 6 mm homogen besiedelt werden. Die unterschiedlichen Gitterstrukturen der Scaffolds hatten dabei keinen Einfluss auf das Zellwachstum.

Die geplante Differenzierung der Zellen stellte eine Herausforderung dar, da die Zellen in kleinen Agglomeraten hafteten. Für eine Differenzierung hingegen müssen die Zellen möglichst konfluent wachsen, um schliesslich in ausgewachsene Muskelzellen mit mehreren Zellkernen fusionieren zu können. Für eine verbesserte Zelladhäsion wurden Materialmodifikationen als Lösungsansatz verfolgt. Damit konnten bereits erste Verbesserungen erzielt werden. Weitere Untersuchungen werden in Folgeprojekten durchgeführt.

Im Rahmen des SATW Projektes wurden auch Finanzierungserfolge verzeichnet, unter anderem eine Anschlussfinanzierung im Rahmen eines Innosuisse-Projekts und eines Innobooster der Gebert Rüf Stiftung. Zudem laufen die Vorbereitungen für eine erste Finanzierungsrunde.

Zusammenfassend konnte das SATW Projekt 4.0 erfolgreich abgeschlossen, und die meisten gesetzten Meilensteine erreicht werden. Das Projekt wird nun im Rahmen von anderen Initiative  Fördermassnahmen fortgesetzt, um die Technologie weiterzuentwickeln und auf eine erste Skalierung vorzubereiten.

Im Programm Food 4.0 begleiten die Akademien der Wissenschaften Schweiz unter dem Lead der Schweizerischen Akademie der Technischen Wissenschaften SATW innovative Projektideen, die ganz am Anfang der Entwicklung stehen. Gefördert werden insbesondere Projekte, die neue Perspektiven für eine erfolgreiche Entwicklung des Schweizer Ernährungssystems aufzeigen. Die ausgewählten Projekte leisten einen wichtigen Beitrag zur Lösung der grössten Herausforderungen und adressieren die Themenbereiche Food Waste, Nachhaltigkeit und Gesundheit.