Delikatesse nachgebaut: Japanische Forscher haben erstmals Rindfleisch nach Wagyu-Vorbild im Labor produziert. Das Labor-Steak zeigt die gleiche Marmorierung von Fett und Muskelfasern, wie sie für das Fleisch der japanischen Wagyu-Rinder typisch ist. Doch die im Labor produzierte Variante entsteht aus Fasern und Gewebe, die aus Stammzellen gezüchtet und mittels 3D-Druck in die gewünschte Struktur gebracht wurden, wie die Wissenschaftler im Fachmagazin „Nature Communications“ berichten.
Steak, Schnitzel und Co – viele Menschen möchten nicht auf solche Fleischprodukte verzichten. Doch die Zucht und Haltung der dafür nötigen Tiere verbraucht große Mengen an Nahrungsressourcen und ist wenig klimafreundlich. Deshalb tüfteln Wissenschaftler und Unternehmen schon länger an einer Lösung, die ohne Viehhaltung auskommt: Fleisch, das aus Zellkulturen im Labor produziert wird.
Bisher allerdings überzeugt dieses Laborfleisch nur in Teilen und wird vor allem für Burger, Fleischbällchen und andere verarbeitete Fleischprodukte verwendet. Deutlich schwieriger ist es dagegen, die natürliche Struktur eines Steaks oder Filets im Labor nachzubauen.
Wagyu-Steak als Vorbild
Ein großer Schritt hin zum Steak aus dem Labor könnte nun Dong-Hee Kang von der Universität Osaka und seinen Kollegen gelungen sein. Sie haben erstmals schieres Rindfleisch aus Zellen gezüchtet. Als natürliches Vorbild diente dabei nichts Geringeres als eine echte Fleisch-Delikatesse: das Steak eines Wagyu-Rinds. Diese japanischen Rinder produzieren durch ihre spezielle Haltung und Genetik ein besonders schmackhaftes, von einer feinen Fettmaserung durchzogenes Fleisch.
„Nach dem Vorbild der histologischen Struktur des Wagyu-Rindfleischs haben wir eine 3D-Druck-Methode entwickelt, mit der wir maßgeschneiderte komplexe Fleischstrukturen wie Muskelfasern, Fett und Blutgefäße produzieren können“, erklärt Kang. Ähnlich wie beim echten Wagyu-Steak ist das fertige Laborfleisch fein marmoriert und hat eine ähnliche Konsistenz wie sein im Rind gewachsener Gegenpart.
Von der Zelle zum Gewebe
Ausgangspunkt für das Wagyu-Fleisch aus dem Labor sind zwei Sorten von Stammzellen, die die Forscher aus dem Muskel- und Fettgewebe eines frisch geschlachteten Rinds isolierten. Aus den sogenannten Satellitenzellen lassen sich in speziellen Nährmedien reife Muskelzellen züchten. Aus den Fettgewebe-Stammzellen entstehen Fettzellen und bei gezielter Zugabe bestimmter Wachstumsfaktoren auch Blutgefäße.
Um die Muskelzellen, Fettschichten und Blutgefäße in die fleischtypische Faserform zu bringen, entwickelten Kang und sein Team eine spezielle 3D-Druck-Technik. Dabei bildet ein von feinen senkrechten Kanälen durchzogenes Hydrogel aus Gelatine das Stützgerüst, in das die Zelllösung eingefüllt wird. In dieser Hülle wachsen die Zellen zum Gewebe heran.
Bei der Zucht der Muskelfasern sorgen künstliche Sehnen aus Kollagen-Hydrogel unten und oben dafür, dass das Gewebe gestreckt und fasertypisch wächst. „Bei einigen dieser mittels Tendon-Gel-imprinted Bioprinting (TIP) erzeugten Muskelfasern entwickelten sich sogar Sarkomer-Strukturen, wie in der reifen Muskelfaser“, berichtet das Team.
Mini-Steak mit echter Fleischstruktur
Im letzten Schritt kombinierten die Forscher 42 gezüchtete Muskelfasern, 28 Fettstränge und zwei Blutkapillaren zu einem Miniatur-Steak. Dafür ordneten sie die Komponenten nach dem Muster eines Wagyu-Präparats an und verklebten sie mit dem auch in normalem Fleisch enthaltenen Enzym Transglutaminase.
Das Ergebnis war ein rund einen Zentimeter kleines Fleischscheibchen, dessen Struktur und Zusammensetzung dem des gewachsenen Wagyu-Fleischs entsprach. „Unseres Wissens nach ist dies die erste Erzeugung eines im Labor kultivierten Fleischgewebes, das aus den drei primären Gewebekomponenten des Rindfleischs besteht und in die Struktur des echten Fleischs gebracht wurde“, schreiben die Forscher.
Technologie noch optimierungsbedürftig
Nach Ansicht von Kang und seine Team eröffnet diese Methode neue Möglichkeiten, hochwertige Fleischprodukte im Labor herzustellen. „Indem wir diese Technologie weiter optimieren, wird es möglich sein, nicht nur komplexe Fleischstrukturen wie das wunderbare Wagyu-Rindfleisch zu reproduzieren, sondern auch die Muskel- und Fettanteile nach Wunsch anzupassen“, sagt Seniorautor Michiya Matsusaki von der Universität Osaka.
Bevor mit dieser Technik allerdings Fleisch auch in größere Maßstab produziert werden kann, muss die Methode noch weiterentwickelt werden. Ein Ansatzpunkt ist der bisher noch nötige Zusammenbau der verschiedenen Gewebearten: „Wir mussten die Komponenten einzeln erzeugen und nachträglich kombinieren, weil für jede Differenzierung verschiedene Nährmedien benötigt werden“, erklären die Wissenschaftler.
Sie halten es aber für durchaus machbar, die Gewebezucht so zu optimieren, dass die Zellen in den Hydrogelgerüsten auch auf engstem Raum jeweils unterschiedliche Nährlösungen erhalten. Auch die Produktivität und Haltbarkeit der Stammzellkulturen müsse noch verbessert werden, so das Team. (Nature Communications, 2021; doi: 10.1038/s41467-021-25236-9)
Quelle: Osaka University
