KR20230080366A - Scaffold assembly for manufacturing cultured meat - Google Patents

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홍진기
이미래
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 폴리펩타이드 및 다당체를 포함하는 생체적합성 가교 중합체를 포함하고, 적어도 일부의 영역에 패턴화된 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 배양육 제조용 스캐폴드, 스캐폴드 조립체 및 이를 이용한 배양육 제조방법에 관한 것으로서, 근육 세포가 배양된 스캐폴드 및 지방 세포가 배양된 스캐폴드의 조립을 통해 손쉽게 실제육과 같이 근육 세포와 지방 세포가 혼합된 배양육을 구현할 수 있다.The present invention includes a biocompatible cross-linked polymer containing a polypeptide and a polysaccharide, and a scaffold for producing cultured meat, a scaffold assembly and a method for manufacturing cultured meat using the same, characterized in that it includes a patterned surface in at least a part of the region As for, it is possible to easily implement cultured meat in which muscle cells and fat cells are mixed like real meat through assembly of a scaffold in which muscle cells are cultured and a scaffold in which fat cells are cultured.

Description

배양육 제조용 스캐폴드 조립체{Scaffold assembly for manufacturing cultured meat}Scaffold assembly for manufacturing cultured meat}

본 발명은 배양육 제조용 스캐폴드 조립체 및 이를 이용한 배양육 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a scaffold assembly for manufacturing cultured meat and a method for manufacturing cultured meat using the same.

배양육 제조에 있어 세포가 부착하여 자랄 수 있는 스캐폴드는 필수적인 요소이다. 또한 실제육과 유사한 식감과 맛을 내기 위해서 배양육 제조 시 근육 세포와 지방 세포의 적절한 혼합이 필요하다. In the production of cultured meat, a scaffold on which cells can attach and grow is an essential element. In addition, in order to produce texture and taste similar to real meat, proper mixing of muscle cells and fat cells is required when manufacturing cultured meat.

그러나 현재까지 개발된 배양육 스캐폴드의 경우, 대부분 식용이 불가능한 물질을 포함하거나 지방 세포 없이 근육 세포 배양에만 초점이 맞추어져 스캐폴드를 이용해 제조한 배양육이 실제육과는 차이가 있다는 한계점이 존재하며, 이외 기존의 배양육 제조기술의 경우에도 제조 과정이 복잡하거나 재료의 가격이 비싸다는 단점이 있다.However, in the case of cultured meat scaffolds developed so far, most of them contain inedible substances or focus only on muscle cell culture without fat cells, so there is a limitation that the cultured meat produced using the scaffold is different from the actual meat. , In addition to conventional cultured meat manufacturing technology, there are disadvantages in that the manufacturing process is complicated or the price of the material is high.

또한 기존 배양육 제조를 위한 식용 스캐폴드로 사용되는 젤라틴, 셀룰로오스, 한천 등의 물질은 스캐폴드 제조 시 세포 배양 환경에서 형태 유지를 하지 못할 정도로 기계적 물성이 낮고, 지방 세포와 근육 세포의 융합이 어렵다는 한계점이 있다. 이를 해결하기 위하여 화학적 가교제를 첨가하는 방법으로 스캐폴드의 물성을 증가시키거나 근육 세포와 지방 세포의 혼합을 위해 각 세포에 최적화된 서로 다른 스캐폴드를 개발하여 융합하는 방식이 있다. 그러나 이러한 방법은 세포 독성을 초래하거나 제조 방법이 복잡하고 시간 소요가 크다는 한계점이 있다. In addition, materials such as gelatin, cellulose, and agar, which are used as edible scaffolds for conventional cultured meat manufacturing, have low mechanical properties to the extent that they cannot maintain their shape in a cell culture environment during scaffold manufacturing, and it is difficult to fuse fat cells and muscle cells. There is a limit. To solve this problem, there is a way to increase the physical properties of the scaffold by adding a chemical crosslinking agent or to develop and fuse different scaffolds optimized for each cell to mix muscle cells and fat cells. However, this method has limitations in that it causes cytotoxicity or the manufacturing method is complicated and time-consuming.

따라서 화학적 가교제 없이 식용 물질만을 이용하여 세포 독성과 섭취에 대한 부담을 최소화하면서도 간단한 제조 방법을 통해 쉽고 빠르게 근육 세포와 지방 세포의 융합이 가능한 스캐폴드 개발이 필요한 실정이다.Therefore, it is necessary to develop a scaffold that can easily and quickly fuse muscle cells and fat cells through a simple manufacturing method while minimizing the burden on cytotoxicity and intake by using only edible materials without chemical crosslinking agents.

본 발명은 실제육과 같이 근육 세포와 지방 세포가 적절한 비율로 혼합된 배양육을 구현하기 위해 식용 재료로 사용되는 다당체 및 폴리펩타이드를 포함하는 하이드로겔의 물성을 조절하고, 식용 가교제를 이용한 조립형 스캐폴드를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention adjusts the physical properties of a hydrogel containing polysaccharides and polypeptides used as edible materials in order to realize cultured meat in which muscle cells and fat cells are mixed in an appropriate ratio like real meat, and prefabricated scan using an edible crosslinking agent. It aims to provide a fold.

본 발명은 하이드로겔의 열적 안정도와 기계적 물성을 조절하여 근육 세포와 지방 세포의 증식률 및 부착 범위를 조절할 수 있을 뿐만 아니라 표면 패터닝을 통해 근육 세포의 배열 및 분화율을 조절할 수 있는 배양육 제조용 스캐폴드 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is a scaffold for manufacturing cultured meat that can control the proliferation rate and attachment range of muscle cells and fat cells by controlling the thermal stability and mechanical properties of the hydrogel, as well as the arrangement and differentiation rate of muscle cells through surface patterning. It is an object to provide an assembly.

또한 본 발명은 스캐폴드를 레고 형태로 제조하여 근육 세포가 배양된 하이드로겔 및 지방 세포가 배양된 하이드로겔 간의 조립을 통해 손쉽게 근육과 지방이 배합된 배양육 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing cultured meat in which muscle and fat are easily combined through assembly between a hydrogel in which muscle cells are cultured and a hydrogel in which fat cells are cultured by manufacturing a scaffold in the form of Lego.

본 발명은 상술한 기술적 과제 해결을 위하여, 폴리펩타이드 및 다당체를 포함하는 생체적합성 가교 중합체를 포함하고, 적어도 일부의 영역에 패턴화된 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 배양육 제조용 스캐폴드를 제공할 수 있다.In order to solve the above-described technical problem, the present invention provides a scaffold for manufacturing cultured meat, characterized in that it includes a biocompatible crosslinked polymer containing a polypeptide and a polysaccharide, and includes a patterned surface in at least a portion of the region. can

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 패턴화된 표면은 일 방향으로 직선상 양각 패턴을 가지는 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the patterned surface may have a rectilinear embossed pattern in one direction.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 폴리펩타이드는 젤라틴을 포함할 수 있다. 또는 상기 폴리펩타이드는 RGD 서열을 주쇄 또는 측쇄에 포함할 수 있다. 또는 상기 폴리펩타이드는 효소에 의해 가교된 것으로서, 상기 효소는 트랜스글루타미나제를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the polypeptide may include gelatin. Alternatively, the polypeptide may include an RGD sequence in its main chain or side chain. Alternatively, the polypeptide is cross-linked by an enzyme, and the enzyme may include transglutaminase.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 다당체는 음이온성 다당체를 포함할 수 있다. 또는 상기 다당체는 2가 금속 이온에 의해 가교된 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the polysaccharide may include an anionic polysaccharide. Alternatively, the polysaccharide may be crosslinked by divalent metal ions.

또한 본 발명은 폴리펩타이드 및 다당체를 포함하는 생체적합성 가교 중합체를 포함하는 하나 이상의 패턴화 스캐폴드 단위 블록; 및 폴리펩타이드 및 다당체를 포함하는 생체적합성 가교 중합체를 포함하는 하나 이상의 평탄화 스캐폴드 단위 블록;을 포함하고, 상기 패턴화 스캐폴드 단위 블록 및 평탄화 스캐폴드 단위 블록이 서로 조립되어 패턴화된 제1표면영역 및 평탄한 제2표면영역을 동시에 포함하는 것을 특징으로 하는 배양육 제조용 스캐폴드 조립체를 제공할 수 있다. In addition, the present invention is a patterned scaffold unit block comprising a biocompatible cross-linked polymer comprising a polypeptide and a polysaccharide; and at least one planarization scaffold unit block comprising a biocompatible crosslinked polymer including a polypeptide and a polysaccharide, wherein the patterned scaffold unit block and the planarization scaffold unit block are assembled to form a patterned first surface. It is possible to provide a scaffold assembly for producing cultured meat, characterized in that it includes a region and a flat second surface region at the same time.

상기 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 패턴화 스캐폴드 단위 블록의 표면은 일 방향으로 직선상 양각 패턴을 가지는 것일 수 있다. 또는 상기 패턴화 스캐폴드 단위 블록과 평탄화 스캐폴드 단위 블록은 동일한 폴리펩타이드 및 다당체를 포함할 수 있다. 또는 상기 패턴화 스캐폴드 단위 블록과 평탄화 스캐폴드 단위 블록은 상이한 압축강도를 가질 수 있다. 또는 상기 패턴화 스캐폴드 단위 블록은 10 kPa 내지 18 kPa의 압축강도를 가질 수 있고, 상기 평탄화 스캐폴드 단위 블록은 1 kPa 내지 6 kPa의 압축강도를 가질 수 있다. In one embodiment of the present invention, the surface of the patterned scaffold unit block may have a rectilinear embossed pattern in one direction. Alternatively, the patterned scaffold unit block and the planarized scaffold unit block may include the same polypeptide and polysaccharide. Alternatively, the patterned scaffold unit block and the planarized scaffold unit block may have different compressive strengths. Alternatively, the patterned scaffold unit block may have a compressive strength of 10 kPa to 18 kPa, and the flattened scaffold unit block may have a compressive strength of 1 kPa to 6 kPa.

또한 본 발명은 (S1) 폴리펩타이드 및 다당체를 포함하는 생체적합성 중합체 용액을 제조하는 단계;(S2) 표면에 패턴을 포함하는 몰드에 상기 생체적합성 중합체 용액을 충전하는 단계;(S3) 상기 몰드 내에서 상기 폴리펩타이드를 가교하여 스캐폴드 전구체를 제조하는 단계;(S4) 상기 몰드 내로부터 상기 스캐폴드 전구체를 분리하여 패턴화된 표면을 포함하는 스캐폴드 전구체를 수득하는 단계; 및 (S5) 상기 패턴화된 표면을 포함하는 스캐폴드 전구체 내에 포함되어 있는 다당체를 가교하는 단계;를 포함하는 배양육 제조용 스캐폴드 제조방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention provides (S1) preparing a biocompatible polymer solution containing a polypeptide and a polysaccharide; (S2) filling a mold having a pattern on its surface with the biocompatible polymer solution; (S3) in the mold preparing a scaffold precursor by crosslinking the polypeptide in (S4) obtaining a scaffold precursor having a patterned surface by separating the scaffold precursor from within the mold; and (S5) cross-linking the polysaccharide contained in the scaffold precursor having the patterned surface.

상기 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 (S3) 단계 이전에, 몰드에 충전된 생체적합성 중합체 용액을 저온에서 겔화하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 또는 상기 (S5) 단계는 2가 금속 이온을 포함하는 수용액에서 수행될 수 있다. 또는 상기 (S5) 단계 이후, (S6) 스캐폴드를 절단하여 서로 조립가능한 패턴화 스캐폴드 단위 블록을 제조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, prior to the step (S3), gelling the biocompatible polymer solution filled in the mold at a low temperature; may further include. Alternatively, the step (S5) may be performed in an aqueous solution containing divalent metal ions. Alternatively, after the step (S5), (S6) cutting the scaffold to prepare patterned scaffold unit blocks that can be assembled with each other; may further include.

또는 (S7) 평탄화 스캐폴드 단위 블록을 준비하는 단계; 및 (S8) 패턴화 스캐폴드 단위 블록과 평탄화 스캐폴드 단위 블록을 조립하여 패턴화된 제1표면영역 및 평탄한 제2표면영역을 동시에 포함하는 조립체를 제조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.or (S7) preparing a flattened scaffold unit block; and (S8) assembling the patterned scaffold unit block and the flattened scaffold unit block to manufacture an assembly including a patterned first surface region and a flat second surface region at the same time.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 평탄화 스캐폴드 단위 블록은 폴리펩타이드 및 다당체의 생체적합성 가교 중합체를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the flattening scaffold unit block may include a biocompatible cross-linked polymer of a polypeptide and a polysaccharide.

아울러 본 발명은 (S10) 상술한 배양육 제조용 스캐폴드 조립체에 배양액을 충전하고 동물성 세포를 접종하는 단계;(S20) 상기 동물성 세포가 접종된 배양액을 인큐베이션하여 세포 증식하는 단계; 및 (S30) 상기 배양액 내에 증식된 세포를 조직화하는 단계;를 포함하는 배양육 제조방법을 제공할 수 있다. In addition, the present invention includes (S10) filling the above-described scaffold assembly for cultured meat production with a culture solution and inoculating animal cells; (S20) incubating the culture solution inoculated with the animal cells to proliferate the cells; And (S30) organizing the proliferated cells in the culture medium; it is possible to provide a cultured meat manufacturing method comprising a.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 동물성 세포는 동물 근원세포 및 동물 지방세포를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the animal cells may include animal myoblasts and animal adipocytes.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 패턴화 스캐폴드 단위 블록에는 동물 근원세포를 접종하고, 평탄화 스캐폴드 단위 블록에는 동물 지방세포를 접종할 수 있다.In one embodiment of the present invention, animal myoblasts may be inoculated into the patterned scaffold unit block, and animal adipocytes may be inoculated into the flattened scaffold unit block.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 패턴화 스캐폴드의 면적과 평탄화 스캐폴드의 면적의 비를 조절하여 근육세포 및 지방세포의 비율을 조절할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the ratio of muscle cells and adipocytes may be adjusted by adjusting the ratio of the area of the patterned scaffold to the area of the flattened scaffold.

또한 본 발명은 상술한 제조방법에 따라 제조된 배양육을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide cultured meat prepared according to the above-described manufacturing method.

본 발명은 지방 세포 및 근육 세포가 적절히 혼합된 배양육을 제조함으로써 실제육과 유사한 영양, 질감 및 풍미를 제공할 수 있다.The present invention can provide nutrition, texture and flavor similar to real meat by preparing cultured meat in which fat cells and muscle cells are appropriately mixed.

본 발명은 스캐폴드 물성을 최적화하여, 지방 세포를 배양을 위한 스캐폴드 및 근육 세포를 배양하기 위한 스캐폴드를 원하는 비율로 조립함으로써, 고기 부위에 따라 달라지는 다양한 맛과 풍미를 구현할 수 있고, 조립을 통해 배양육의 대량 생산이 용이하게 이루어질 수 있다. The present invention optimizes the physical properties of the scaffold and assembles a scaffold for culturing fat cells and a scaffold for culturing muscle cells in a desired ratio, thereby realizing various tastes and flavors that vary depending on the meat part, and reducing assembly. Through this, mass production of cultured meat can be easily achieved.

본 발명에 따르면 빠르고 간단한 조립 방식을 통해 근육과 지방이 배합된 배양육을 제조하고, 동시에 배양육의 근육과 지방 비율 또한 쉽게 조절할 수 있다.According to the present invention, cultured meat in which muscle and fat are mixed can be prepared through a quick and simple assembly method, and at the same time, the ratio of muscle to fat in the cultured meat can be easily adjusted.

도 1은 본 발명에 따른 조립된 배양육을 나타낸 모식도로, 부위에 따라 상이한 근육조직 및 지방조직의 구성이 구현가능함을 보여준다.
도 2는 본 발명에 따라 세포 분화를 제어함으로써 관능적 특성이 상이한 근육 블록 및 지방 블록 구성을 포함하는 스캐폴드 조립체의 구성 요소들을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 스캐폴드 환경을 제어하기 위한 알지네이트 및 칼슘 이온 농도별 하이드로겔 가교도와 기계적 물성의 관계를 나타낸 모식도와 그래프이다.
도 4는 본 발명 일 실시예에 따른 표면 패터닝된 젤라틴/알지네이트 스캐폴드의 제조과정을 나타낸 모식도이다. Step 1은 젤라틴/알지네이트 하이드로겔 패턴을 부여하기 위한 PDMS 스탬프를 제작하는 과정, step 2는 PDMS 스탬프와 실리콘 몰드를 이용해 표면에 단일 방향 패턴이 부여된 젤라틴/알지네이트 스캐폴드를 제작하는 과정을 나타낸다.
도 5는 조립형 스캐폴드를 제작하기 위해 기본 형태인 Base shape을 설정하고, 이어서 Base shape을 3가지 형태로 변형하여 조립이 가능한 레고 형태를 그린 설계도이다.
도 6은 본 발명에 따른 스캐폴드 조립체의 일 예를 나타낸 것으로, 근육 세포와 지방 세포가 혼합된 배양육을 제조하기 위해 근육 세포가 배양된 패턴화 스캐폴드(Patterned gelatin/alginate scaffold)와 지방 세포가 배양된 평탄화 스캐폴드(Smooth gelatin/alginate scaffold)를 조립하는 예시를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 근육 블록을 최적화하는 과정에서, 분화 5일 및 8일에 면역염색에 의해 분석된 MHC의 발현 정도를 나타낸 공초점 현미경 이미지를 나타낸 것이다. 핵은 DAPI(파란색)로 염색되었고 MHC는 MF20(빨간색)으로 염색되었다(축척 막대: 20μm(첫 번째 행) 및 100μm(두 번째 행)).
도 8은 본 발명 근육 블록 제조에 적합한 알지네이트 및 칼슘의 농도를 최적화하기 위한 실험에 있어서, 낮은 알지네이트 농도 및 낮은 칼슘이온 농도(LALC)와 높은 알지네이트 농도 및 낮은 칼슘이온 농도(HALC) 그룹에서 각 분화된 소 근원세포에서의 MHC 발현 정도 및 단백질 양을 나타낸 결과 그래프이다.
도 9는 근원세포(myoblast)의 분화에 따른 스캐폴드의 강성 및 온도변화에 따른 강성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명 실험예에 따라 LALC 및 HALC 하이드로겔을 조리한 후, 가스크로마토그래피를 수행하여 세포 증식 및 분화에 따른 향미를 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 11는 스캐폴드에 따른 지방유래 중간엽줄기세포(adMSCs)의 분화 모습을 나타낸 모식도(a) 및 각 스캐폴드에서 생성된 지질을 정량 분석한 결과를 나타낸 그래프(b)이다.
도 12는 스캐폴드에 따른 지방 분화를 분석한 결과를 나타낸 것으로서, 적색으로 염색된 모습이 지질을 나타낸다.
도 13은 중성 지질을 염색한 세포의 공초점 현미경 이미지를 나타낸 것이다.
도 14는 지방 생성에 따라 스캐폴드의 강성에 미치는 영향 및 풍미 를 조사한 결과 그래프이다.
도 15는 본 발명에 따른 조립된 배양육과 실제 소고기의 영양 분석을 실시한 결과를 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명에 따른 조립된 배양육과 실제 소고기의 풍미 분석을 실시한 결과를 나타낸 것이다.
도 17은 본 발명에 따른 조립된 배양육과 실제 소고기의 질감 분석을 실시한 결과를 나타낸 것이다.
도 18은 근육 블록 및 지방 블록으로 구성된 티본 스테이크의 제조 과정을 나타내는 모식도이다. 근육과 지방의 비율이 다른 등심 및 안심을 생산하기 위하여 근육과 지방 블록을 조립하는 과정을 보여준다.
도 19는 조립된 등심 및 안심으로 구성된 티본 스테이크의 이미지를 나타낸 것이다.
Figure 1 is a schematic diagram showing the assembled cultured meat according to the present invention, showing that different muscle tissue and adipose tissue configurations can be implemented depending on the site.
Figure 2 shows the components of the scaffold assembly including muscle block and fat block configurations having different sensory properties by controlling cell differentiation according to the present invention.
3 is a schematic diagram and a graph showing the relationship between the hydrogel crosslinking degree and mechanical properties by alginate and calcium ion concentrations for controlling the scaffold environment according to the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram showing the manufacturing process of the surface-patterned gelatin / alginate scaffold according to an embodiment of the present invention. Step 1 shows the process of fabricating a PDMS stamp to impart a gelatin/alginate hydrogel pattern, and step 2 shows the process of fabricating a gelatin/alginate scaffold with a unidirectional pattern on the surface using a PDMS stamp and a silicone mold.
Figure 5 is a design drawing of a Lego form that can be assembled by setting a base shape, which is a basic form, to produce a prefabricated scaffold, and then transforming the base shape into three forms.
6 shows an example of a scaffold assembly according to the present invention, a patterned gelatin/alginate scaffold in which muscle cells are cultured and fat cells in order to prepare cultured meat in which muscle cells and fat cells are mixed. It shows an example of assembling a cultured flattening scaffold (Smooth gelatin/alginate scaffold).
7 shows confocal microscopy images showing the expression level of MHC analyzed by immunostaining on days 5 and 8 of differentiation in the process of optimizing muscle blocks according to the present invention. Nuclei were stained with DAPI (blue) and MHC were stained with MF20 (red) (Scale bars: 20 μm (first row) and 100 μm (second row)).
Figure 8 is an experiment for optimizing the concentration of alginate and calcium suitable for muscle block production of the present invention, each differentiation in the low alginate concentration and low calcium ion concentration (LALC) and high alginate concentration and low calcium ion concentration (HALC) groups It is a result graph showing the level of MHC expression and the amount of protein in bovine myoblasts.
9 is a graph showing the stiffness of the scaffold according to the differentiation of myoblasts and the change in stiffness according to temperature change.
10 shows the results of analyzing the flavor according to cell proliferation and differentiation by performing gas chromatography after cooking LALC and HALC hydrogels according to the experimental example of the present invention.
11 is a schematic diagram showing the differentiation of adipose-derived mesenchymal stem cells (adMSCs) according to scaffolds (a) and a graph (b) showing the results of quantitative analysis of lipids produced from each scaffold.
Figure 12 shows the results of analyzing fat differentiation according to the scaffold, and the appearance stained in red represents lipids.
13 shows confocal microscopy images of cells stained with neutral lipids.
14 is a graph of the results of examining the effect and flavor on the stiffness of the scaffold according to fat production.
15 shows the results of nutritional analysis of the assembled cultured meat and actual beef according to the present invention.
16 shows the results of flavor analysis of the assembled cultured meat and actual beef according to the present invention.
17 shows the results of texture analysis of the assembled cultured meat and actual beef according to the present invention.
18 is a schematic diagram showing a manufacturing process of a T-bone steak composed of a muscle block and a fat block. It shows the process of assembling muscle and fat blocks to produce sirloin and tenderloin with different ratios of muscle to fat.
19 shows an image of a T-bone steak composed of assembled sirloin and tenderloin.

이하, 첨부된 도면 및 실시예들을 참조하여 본 발명에 따른 배양육 제조용 스캐폴드, 배양육 제조용 스캐폴드 조립체 및 이를 이용한 배양육 제조방법과 이로부터 제조된 배양육에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings and examples, in the technical field to which the present invention pertains to the scaffold for producing cultured meat, the scaffold assembly for producing cultured meat and the method for manufacturing cultured meat using the same, and the cultured meat produced therefrom, according to the present invention, with reference to the accompanying drawings and examples. It is described in detail so that those skilled in the art can easily perform it.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.At this time, unless there is another definition in the technical terms and scientific terms used, they have meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and the gist of the present invention in the following description and accompanying drawings Descriptions of well-known functions and configurations that may be unnecessarily obscure are omitted.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예 또는 도면에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관련없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다. 도면은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것으로서, 본 발명은 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수 있으며, 도면은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다.The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments or figures set forth herein. In order to clearly describe the present invention in the drawings, parts not related to the description are omitted, and similar reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification. The drawings are provided as examples so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art to which the present invention belongs, and the present invention is not limited to the drawings presented and may be embodied in other forms. However, the drawings may be exaggerated to clarify the spirit of the present invention.

본 명세서에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.The singular form used herein may be intended to include the plural form as well, unless the context dictates otherwise.

또한, 본 명세서의 용어, "포함한다"는 "구비한다", "함유한다", "가진다" 또는 "특징으로 한다" 등의 표현과 등가의 의미를 가지는 개방형 기재이며, 추가로 열거되어 있지 않은 요소, 재료 또는 공정을 배제하지 않는다.In addition, the term "includes" in this specification is an open description having the same meaning as the expression "includes", "includes", "has" or "characterized by", and is not further listed. It does not exclude any element, material or process.

본 명세서의 용어, "근육 블록"은 "패턴화 스캐폴드 단위 블록"과 동일한 의미로 사용될 수 있고, "지방 블록"은 "평탄화 스캐폴드 단위 블록"과 동일한 의미로 사용될 수 있다.As used herein, the term "muscle block" may be used as the same meaning as "patterned scaffold unit block", and "fat block" may be used as the same meaning as "flattened scaffold unit block".

본 명세서의 용어, "스캐폴드"는 세포 배양을 위한 지지체를 의미하는 것으로서, "하이드로겔"을 가리키는 의미로 사용될 수 있다.As used herein, the term "scaffold" refers to a support for cell culture, and may be used to refer to "hydrogel".

본 발명은 실제육과 유사한 영양, 식감 및 풍미를 제공하는 배양육을 제조하기 위한 기술이다. 현재 대부분의 배양육에 관한 연구는 근육 세포 함량 및 정렬된 근관구조의 구현에 초점을 맞추고 있어, 육류의 식품 특성을 결정하는 요소는 간과되고 있다. 육류는 근육과 지방 조직이 무작위로 분포된 마블링 구조를 가지는데, 상기 구조는 조직에 따라 근육 과 지방의 분포가 달라짐으로 인해 질감, 맛, 및 영양이 달라질 수 있다. 즉, 근육과 지방의 공존 및 조직의 품질이 육류의 식품성을 결정짓는다. The present invention is a technology for producing cultured meat that provides nutrition, texture and flavor similar to real meat. Currently, most studies on cultured meat focus on muscle cell content and implementation of an aligned canal structure, so factors that determine food characteristics of meat are being overlooked. Meat has a marbling structure in which muscle and fat tissues are randomly distributed, and the texture, taste, and nutrition of the structure may vary due to the distribution of muscle and fat depending on the tissue. In other words, the coexistence of muscle and fat and the quality of tissues determine the food quality of meat.

이에 본 발명은 양질의 근육과 지방 조직으로 구성된 실제육의 마블링 구조를 모방하고 육류 본연의 식품적 특성을 구현하는 배양육을 제공하기 위하여 안출된 것이다. Accordingly, the present invention was devised to provide cultured meat that emulates the marbling structure of real meat composed of high-quality muscle and fat tissue and embodies the natural food characteristics of meat.

이하 본 발명에 따른 배양육 제조용 스캐폴드 및 스캐폴드 조립체에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, the scaffold and scaffold assembly for producing cultured meat according to the present invention will be described in detail.

본 발명은 폴리펩타이드 및 다당체를 포함하는 생체적합성 가교 중합체를 포함하고, 적어도 일부의 영역에 패턴화된 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 배양육 제조용 스캐폴드를 제공할 수 있다. The present invention may provide a scaffold for preparing cultured meat, characterized in that it includes a biocompatible crosslinked polymer including a polypeptide and a polysaccharide, and includes a patterned surface in at least a portion of the region.

폴리펩타이드는 세포 부착능을 가지는 RGD 모티프를 포함하는 것일 수 있다. 주쇄 또는 측쇄에 Arg-Gly-Asp (RGD) 서열을 포함할 수 있고, 상기 폴리펩타이드는 젤라틴, 피브로넥틴, 또는 콜라겐을 포함할 수 있다. The polypeptide may include an RGD motif having cell adhesion ability. An Arg-Gly-Asp (RGD) sequence may be included in the main chain or side chain, and the polypeptide may include gelatin, fibronectin, or collagen.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 폴리펩타이드는 효소에 의해 가교될 수 있다. 구체적으로 효소는 트랜스글루타미나제(Transglutaminase, TG)를 포함할 수 있고, 보다 구체적으로 미생물 트랜스글루타미나제(mTG)를 포함할 수 있다. 트랜스글루타미나제는 상기 폴리펩타이드의 가교 중합반응에 대한 효소로서 TG 작용에 의해 글루타민 잔기 및 라이신 잔기 사이의 가교 결합 및 중합화가 촉진될 수 있다. 또한 TG는 본 발명에 따른 스캐폴드 단위 블록을 상호 연결하여 접착제 역할을 함으로써, 조립 배양육(ACM)의 확장성에 기여할 수 있다. 구체적으로 젤라틴은 겔화 되어 삼중 나선 구조를 생성함으로써 단단한 구조를 형성할 수 있다. 이때 TG의 가교 반응에 의하여 삼중 나선 구조 간 펩타이드 결합이 생성되어 세포 배양 환경이 안정적인 형태를 유지할 수 있도록 기여한다. In one embodiment of the invention, the polypeptide may be cross-linked by an enzyme. Specifically, the enzyme may include transglutaminase (TG), and more specifically, microbial transglutaminase (mTG). Transglutaminase is an enzyme for cross-linking polymerization of the polypeptide, and cross-linking and polymerization between glutamine residues and lysine residues can be promoted by the action of TG. In addition, TG can contribute to the scalability of assembled cultured meat (ACM) by interconnecting the scaffold unit blocks according to the present invention and acting as an adhesive. Specifically, gelatin can form a hard structure by gelating to create a triple helix structure. At this time, a peptide bond between the triple helix structures is generated by the crosslinking reaction of TG, which contributes to maintaining a stable form in the cell culture environment.

다당체는 음이온성 다당체를 포함할 수 있으며, 식용 생체친화적 고분자로서 이온 가교될 수 있는 조류(algae)유래의 알지네이트일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The polysaccharide may include an anionic polysaccharide, and may be an alginate derived from algae that can be ion-crosslinked as an edible biocompatible polymer, but is not limited thereto.

상기 폴리펩타이드 및 다당체는 세포 배양 배지, 배양액 또는 물을 용매로 하여 서로 네트워크를 형성할 수 있고, 화학적으로 가교결합을 이루거나 물리적으로 결합할 수 있어, 3차원 하이드로겔 스캐폴드를 형성할 수 있다.The polypeptide and the polysaccharide can form a network with each other using cell culture medium, culture medium, or water as a solvent, and can be chemically cross-linked or physically bonded to form a three-dimensional hydrogel scaffold. .

일 예에 있어서, 다당체는 2가 금속 이온에 의하여 가교된 것일 수 있다. 구체적으로, 2가 금속 이온은 칼슘 이온일 수 있다. 칼슘 이온에 의해 이온 가교된 칼슘 다당체는 이를 포함하는 하이드로겔 스캐폴드의 강성에 직접적인 영향을 미칠 수 있다. 알지네이트를 다당체로 포함하는 하이드로겔의 기계적 강도는 알지네이트 및 칼슘 이온의 농도에 의해 조절될 수 있다. 도 3을 참고하면, 동일한 양의 가교 젤라틴에 대해서, 고농도의 알지네이트(HA, 2 wt%) 및 저농도의 알지네이트(LA, 0.25 wt%)는 칼슘 이온의 농도(알지네이트:Ca2+ = 1:1의 중량비)가 높을 때 알지네이트의 카르복실산염과 상호작용으로 가교도가 증가하고, 이에 따라 하이드로겔의 기계적 강도 증가로 이어질 수 있음을 확인할 수 있다. In one example, the polysaccharide may be crosslinked by divalent metal ions. Specifically, the divalent metal ion may be a calcium ion. Calcium polysaccharides ion-crosslinked by calcium ions can directly affect the stiffness of a hydrogel scaffold containing the calcium polysaccharide. The mechanical strength of a hydrogel containing alginate as a polysaccharide can be controlled by the concentration of alginate and calcium ions. Referring to FIG. 3, for the same amount of cross-linked gelatin, high concentration alginate (HA, 2 wt%) and low concentration alginate (LA, 0.25 wt%) have a calcium ion concentration (alginate: Ca 2+ = 1:1 When the weight ratio of) is high, it can be confirmed that the degree of crosslinking increases due to the interaction with the carboxylate of alginate, which can lead to an increase in the mechanical strength of the hydrogel.

다만, 2가 금속 이온이 과도하게 많은 경우 폴리펩티드의 삼중 나선(triple helix) 구조 및 β-시트 구조의 비율이 낮아질 수 있고, 이 경우 하이드로겔의 기계적 물성이 저하될 수 있다. 따라서 본 발명에 있어서, 다당체 및 2가 금속 이온은 1:0.1 내지 1:1.3 또는 1:0.3 내지 1:1 의 중량비로 포함되는 것이 좋다. However, when the amount of divalent metal ions is excessive, the ratio of the triple helix structure and the β-sheet structure of the polypeptide may be lowered, and in this case, the mechanical properties of the hydrogel may be lowered. Therefore, in the present invention, the polysaccharide and the divalent metal ion are preferably included in a weight ratio of 1:0.1 to 1:1.3 or 1:0.3 to 1:1.

본 발명은 이와 같은 사실을 통해, 실제 지방 조직 및 근육 조직과 유사한 강성을 나타낼 수 있는 배양육 제조를 위한 스캐폴드 환경을 제어하고자 한다. The present invention aims to control the scaffold environment for producing cultured meat that can exhibit stiffness similar to that of actual adipose tissue and muscle tissue through this fact.

이에 따라 본 발명은 지방 조직과 근육 조직과 유사한 강성을 나타낼 수 있는 각각의 상이한 스캐폴드 환경을 제공하고, 이는 구체적으로 폴리펩타이드 및 다당체를 포함하는 생체적합성 가교 중합체를 포함하는 하나 이상의 패턴화 스캐폴드 단위 블록; 및 폴리펩타이드 및 다당체를 포함하는 생체적합성 가교 중합체를 포함하는 하나 이상의 평탄화 스캐폴드 단위 블록;을 포함하고, 상기 패턴화 스캐폴드 단위 블록 및 평탄화 스캐폴드 단위 블록이 서로 조립되어 패턴화된 제1표면영역 및 평탄한 제2표면영역을 동시에 포함하는 것을 특징으로 하는 배양육 제조용 스캐폴드 조립체로 구현될 수 있다.Accordingly, the present invention provides each of the different scaffold environments capable of exhibiting stiffness similar to that of adipose tissue and muscle tissue, which is specifically one or more patterned scaffolds comprising a biocompatible cross-linked polymer comprising a polypeptide and a polysaccharide. unit block; and at least one planarization scaffold unit block comprising a biocompatible crosslinked polymer including a polypeptide and a polysaccharide, wherein the patterned scaffold unit block and the planarization scaffold unit block are assembled to form a patterned first surface. It can be implemented as a scaffold assembly for producing cultured meat, characterized in that it includes a region and a flat second surface region at the same time.

패턴화 스캐폴드 단위 블록 및 평탄화 스캐폴드 단위 블록은 동일한 폴리펩타이드 및 다당체를 포함할 수 있으나, 상기 다당체의 농도 및 다당체의 가교도를 제어함으로써 상이한 압축 강도를 나타내는 것을 특징으로 할 수 있다.The patterned scaffold unit block and the flattened scaffold unit block may include the same polypeptide and polysaccharide, but may exhibit different compressive strengths by controlling the concentration of the polysaccharide and the degree of crosslinking of the polysaccharide.

일 실시예에 있어, 패턴화 스캐폴드 단위 블록은 9 내지 20 kPa, 또는 10 내지 18 kPa의 압축강도를 가지는 것일 수 있다. 패턴화 스캐폴드 단위 블록은 일 예로 근육 세포를 배양하여 증식 및 분화시킬 수 있다. 상기 패턴화 스캐폴드 단위 블록의 표면은 일 방향으로 직선상 양각 패턴을 가질 수 있는데, 상기 양각 패턴은 마이크로미터 스케일의 단일 방향 패턴일 수 있고, 상기 패턴이 표면에 각인되어, 세포가 초점 접착(focal adhesion)을 형성할 때 패턴의 영향으로 일렬 배열하여 스캐폴드 표면에 부착 및 증식할 수 있다. 이는 일반적인 세포 배양용 디쉬와는 다른 직선상의 양각 패턴에 따라 근육 세포가 정렬된 근관으로 규칙적으로 분화하는 형태를 제공할 수 있다.In one embodiment, the patterned scaffold unit block may have a compressive strength of 9 to 20 kPa, or 10 to 18 kPa. The patterned scaffold unit block can proliferate and differentiate, for example, by culturing muscle cells. The surface of the patterned scaffold unit block may have a rectilinear embossed pattern in one direction, and the embossed pattern may be a micrometer-scale unidirectional pattern, and the pattern is imprinted on the surface so that the cells adhere to the focus ( When forming focal adhesion), they can be aligned on the scaffold surface and proliferate under the influence of the pattern. This can provide a form in which muscle cells are regularly differentiated into aligned myotubes according to a straight embossed pattern different from a general cell culture dish.

또한 본 발명의 일 실시예에 있어, 평탄화 스캐폴드 단위 블록은 1 내지 6 kPa의 압축강도를 가지는 것일 수 있다. 이때 평탄화 스캐폴드 단위 블록은 지방 세포를 증식 및 분화시킬 수 있다. Also, in one embodiment of the present invention, the planarized scaffold unit block may have a compressive strength of 1 to 6 kPa. At this time, the flattening scaffold unit block can proliferate and differentiate adipocytes.

배양육 제조용 스캐폴드 조립체는 패턴화 스캐폴드 단위 블록 및 평탄화 스캐폴드 단위 블록을 포함함으로써, 근육 세포 및 지방 세포가 적절한 비율로 혼합된 배양육을 제공할 수 있다.The scaffold assembly for producing cultured meat may provide cultured meat in which muscle cells and fat cells are mixed in an appropriate ratio by including a patterned scaffold unit block and a flattened scaffold unit block.

구체적으로 본 발명은 지방 조직의 영률 3 내지 4.5 kPa와 유사한 강성을 제공할 수 있는 저농도의 알지네이트 및 낮은 칼슘 이온 농도에 따른 낮은 가교도의 하이드로겔 (LALC)을 기반으로 하는 지방 블록, 골격근 조직의 영률 10 내지 12 kPa와 유사한 강성을 제공할 수 있는 고농도의 알지네이트 및 낮은 칼슘 이온 농도에 따른 낮은 가교도의 하이드로겔 (HALC)을 기반으로 하는 근육 블록을 설계함으로써, 실제육의 지방 조직 및 근육 조직과 유사한 배양육을 구현하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 설계된 구성은 적절한 지방 조식 및 근육 조직의 비율을 가지는 배양육을 제공할 뿐만 아니라 기계적 물성이 뛰어나 세포 증식 및 분화 동안 세포를 안정적으로 지지할 수 있다.Specifically, the present invention is a fat block based on a low-concentration alginate capable of providing stiffness similar to the Young's modulus of 3 to 4.5 kPa of adipose tissue and a low cross-linking hydrogel (LALC) according to a low calcium ion concentration, Young's modulus of skeletal muscle tissue By designing a muscle block based on a hydrogel (HALC) with a low degree of crosslinking according to a high concentration of alginate and a low calcium ion concentration that can provide stiffness similar to 10 to 12 kPa, It is characterized by implementing cultured meat. In addition, the designed configuration not only provides cultured meat having an appropriate fat texture and muscle tissue ratio, but also has excellent mechanical properties and can stably support cells during cell proliferation and differentiation.

도 9(a)에 도시된 바에 따르면, 근원세포가 분화됨에 따라 LALC 하이드로겔의 경우 강성이 증가한 반면, HALC 하이드로겔 (고농도의 알지네이트 및 낮은 칼슘 이온 농도에 따른 낮은 가교도의 하이드로겔)의 경우 강성이 감소한 것을 관찰할 수 있다. 이는 강성이 높은 하이드로겔(>10 kPa)에서는 세포가 골세포로 길어지고 분화하기 위하여 스캐폴드를 분해하는 경향이 우세해진다는 사실에 근거해 볼 때, 근육 형성으로 인해 HALC 하이드로겔을 분해하기 때문인 것으로 보인다. As shown in FIG. 9(a), as myoblasts differentiate, the stiffness of the LALC hydrogel increased, whereas the stiffness of the HALC hydrogel (a hydrogel with a low degree of crosslinking due to high concentration of alginate and low calcium ion concentration) This decrease can be observed. Based on the fact that in hydrogels with high stiffness (>10 kPa), the tendency for cells to degrade the scaffold in order to elongate and differentiate into osteocytes becomes dominant. seems to be

도 9(c)는 온도가 상승하면 콜라겐과 MHC 단백질의 변성이 발생하는 모습을 나타낸 모식도이다. 특히 콜라겐은 삼중나선이 파괴되어 콜라겐 피브릴의 Young's modulus가 감소하고, MHC는 응집이 발생하여 강성이 증가한다.9(c) is a schematic diagram showing how denaturation of collagen and MHC protein occurs when the temperature rises. In particular, the triple helix of collagen is destroyed, resulting in a decrease in the Young's modulus of collagen fibrils, and the aggregation of MHC, resulting in an increase in stiffness.

도 9(b)에 도시된 바에 따르면, 60 ℃로 열처리하는 경우 LALC 와는 다른 경향으로 HALC 하이드로겔에서 강성이 증가한 것을 관찰할 수 있다. 이는 도 9(c)에서 제시된 바와 같이, 이는 근육 조직의 주성분인 MHC와 같은 근육 단백질이 분화 시 발현되고, 이 MHC 단백질은 50 ℃ 이상의 고온에서 응집이 발생하여 변성되고, 근육을 경직시켜 육질에 영향을 미친다는 사실을 고려할 때, HALC의 경우 근육 단백질의 발현이 강하게 나타나, MHC 응집 효과가 콜라겐 파괴 효과보다 우세하여 가열 시 강성이 증가한 것으로 설명될 수 있다. 이는 실제육의 특성과 유사한 양상을 보인다는 점에서 본 발명에 따른 근육 블록은 HALC 하이드로겔을 통해 실제 근육 조직을 성공적으로 모사한 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 9 (b), when heat-treated at 60 ° C., it can be observed that the stiffness of the HALC hydrogel increases in a different trend from that of the LALC. As shown in FIG. 9(c), this is expressed during differentiation of muscle proteins such as MHC, which is the main component of muscle tissue, and this MHC protein is denatured by aggregation at a high temperature of 50 ° C. or higher and stiffens muscles to improve meat quality. Considering the fact that HALC has a strong expression of muscle protein, the MHC aggregation effect prevails over the collagen destruction effect, which can be explained by the increase in stiffness upon heating. It can be confirmed that the muscle block according to the present invention successfully mimics real muscle tissue through HALC hydrogel in that it shows a similar aspect to the characteristics of real meat.

나아가 본 발명은 세포 분화 정도에 따라 배양육의 관능적 특성이 달라지는 것에 기반하여, 실제육과 유사한 영양 및 조직적 특성을 구현하는 근육 및 지방 블록의 조립체를 제공할 수 있다. Furthermore, the present invention can provide an assembly of muscle and fat blocks that realize nutritional and textural characteristics similar to those of real meat, based on the fact that the sensory characteristics of cultured meat vary according to the degree of cell differentiation.

먼저 배양육 제조용 스캐폴드는 (S1) 폴리펩타이드 및 다당체를 포함하는 생체적합성 중합체 용액을 제조하는 단계; (S2) 표면에 패턴을 포함하는 몰드에 상기 생체적합성 중합체 용액을 충전하는 단계; (S3) 상기 몰드 내에서 상기 폴리펩타이드를 가교하여 스캐폴드 전구체를 제조하는 단계; (S4) 상기 몰드 내로부터 상기 스캐폴드 전구체를 분리하여 패턴화된 표면을 포함하는 스캐폴드 전구체를 수득하는 단계; 및 (S5) 상기 패턴화된 표면을 포함하는 스캐폴드 전구체 내에 포함되어 있는 다당체를 가교하는 단계;를 포함하는 제조방법에 따라 제조될 수 있다.First, the scaffold for preparing cultured meat includes (S1) preparing a biocompatible polymer solution containing a polypeptide and a polysaccharide; (S2) filling the biocompatible polymer solution into a mold having a pattern on its surface; (S3) preparing a scaffold precursor by crosslinking the polypeptide in the mold; (S4) obtaining a scaffold precursor having a patterned surface by separating the scaffold precursor from within the mold; and (S5) cross-linking the polysaccharide contained in the scaffold precursor having the patterned surface.

또한 상기 (S3) 단계 이전에, 몰드에 충전된 생체적합성 중합체 용액을 저온에서 겔화하는 단계;를 더 포함할 수 있고, 상기 (S5) 단계는 2가 금속 이온을 포함하는 수용액에서 수행될 수 있다. In addition, prior to the step (S3), gelation of the biocompatible polymer solution filled in the mold at a low temperature may be further included, and the step (S5) may be performed in an aqueous solution containing divalent metal ions. .

상기 배양육 제조용 스캐폴드의 제조방법에 관한 일 예로서, 도 4를 참고할 수 있다. 이를 구체적으로 살펴보면, 단일 방향의 직선 패턴을 갖는 PDMS 스템프를 준비하고, 젤라틴/알지네이트 중합체 용액을 붓는다. 일정 온도 및 일정 시간 동안 겔화를 진행시킨 후, 37 ℃에서 인큐베이션하여 젤라틴에 삼중 나선 구조가 생성되면 단단한 하이드로겔 구조가 형성될 수 있다. 가교 반응이 완료된 스캐폴드 전구체를 몰드로부터 떼어내어 패턴화된 표면을 포함하는 스캐폴드 전구체를 수득할 수 있다. 이후, 상기 상기 전구체를 염화칼슘 용액에 담구어 전구체 내 알지네이트가 가교되도록 할 수 있다. 알지네이트 가교가 완성되면 (S6) 스캐폴드를 절단하여 서로 조립가능한 패턴화 스캐폴드 단위 블록을 제조할 수 있다. 절단하는 방법은 도 5를 참고하여, 변형된 3가지 레고 형태로 제조할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. As an example of the method for manufacturing the scaffold for preparing the cultured meat, reference may be made to FIG. 4. Specifically, a PDMS stamp having a linear pattern in a single direction is prepared and a gelatin/alginate polymer solution is poured. After gelation at a certain temperature and for a certain time, incubation at 37 ° C. to generate a triple helix structure in gelatin can form a hard hydrogel structure. A scaffold precursor having a patterned surface may be obtained by removing the scaffold precursor after the completion of the crosslinking reaction from the mold. Thereafter, the precursor may be immersed in a calcium chloride solution to cross-link alginate in the precursor. When the alginate crosslinking is completed (S6), the scaffold can be cut to prepare patterned scaffold unit blocks that can be assembled with each other. The cutting method may be manufactured in the form of three deformed Legos with reference to FIG. 5, but is not limited thereto.

또한 지방 블록을 위한 평탄화 스캐폴드 단위 블록을 제조할 수 있다. 구체적으로 패터닝 과정을 제외하고, 실리콘 몰드에서 동일한 방식으로 제조될 수 있다. 이후, (S8) 패턴화 스캐폴드 단위 블록과 평탄화 스캐폴드 단위 블록을 조립하여 패턴화된 제1표면영역 및 평탄한 제2표면영역을 동시에 포함하는 조립체를 제조할 수 있다. 도 1에, 배양육(ACM)의 일 예로서 평탄화 스캐폴드 단위 블록 10개 및 패턴화 스캐폴드 단위 블록 10개를 조립하여 제조한 것이 도시되어 있다. It is also possible to prepare planarized scaffold unit blocks for fat blocks. Specifically, it can be manufactured in the same way in a silicon mold, except for the patterning process. Thereafter, (S8), an assembly including a patterned first surface region and a flattened second surface region may be manufactured by assembling the patterned scaffold unit block and the flattened scaffold unit block. 1, as an example of cultured meat (ACM), it is shown that it was prepared by assembling 10 flattened scaffold unit blocks and 10 patterned scaffold unit blocks.

본 발명에 따라 조립 가능한 배양육은 근육 블록 및 지방 블록을 원하는 비율로 조립할 수 있고, 이를 통해 고기 부위별 다양한 풍미와 식감을 구현할 수 있으며, 근육 블록 및 지방 블록을 수평 또는 수직으로 조립하여 배양육을 대량으로 생산하는 것이 용이하다. Cultured meat that can be assembled according to the present invention can assemble muscle blocks and fat blocks in a desired ratio, thereby implementing various flavors and textures for each meat part, and assembling muscle blocks and fat blocks horizontally or vertically to cultured meat It is easy to mass-produce.

구체적으로 본 발명은 (S10) 상기 스캐폴드 조립체에 배양액을 충전하고, 동물성 세포를 접종하는 단계; (S20) 상기 동물성 세포가 접종된 배양액을 인큐베이션하여 세포를 증식시키는 단계; 및 (S30) 상기 배양액 내에 증식된 세포를 조직화하는 단계;를 포함하는 배양육 제조방법을 제공할 수 있다. Specifically, the present invention comprises the steps of (S10) filling the scaffold assembly with a culture medium and inoculating animal cells; (S20) incubating the culture solution inoculated with the animal cells to proliferate the cells; And (S30) organizing the proliferated cells in the culture medium; it is possible to provide a cultured meat manufacturing method comprising a.

또는 본 발명은 패턴화 스캐폴드 단위 블록에 근원세포 배양을 위한 배양액을 충전하고, 인큐베이션하여 근원세포를 증식, 분화시켜, 근육 세포가 배양된 패턴화 스캐폴드 블록을 제조하는 단계; 평탄화 스캐폴드 단위 블록에 지방세포 배양을 위한 배양액을 충전하고, 인큐베이션하여 지방세포를 증식 및 분화시킨 후, 지방 세포가 배양된 평탄화 스캐폴드 블록을 제조하는 단계; 및 상기 패턴화 스캐폴드 단위 블록 및 평탄화 스캐폴드 단위 블록을 조립하는 단계;를 포함하는 배양육 제조방법을 제공할 수 있다. Alternatively, the present invention comprises the steps of preparing a patterned scaffold block in which muscle cells are cultured by filling a culture solution for culturing myoblasts in a patterned scaffold unit block and incubating to proliferate and differentiate myoblasts; Filling a culture medium for culturing adipocytes in a flattening scaffold unit block, incubating to proliferate and differentiate adipocytes, and then preparing a flattened scaffold block in which adipocytes are cultured; and assembling the patterned scaffold unit block and the flattened scaffold unit block.

또한 필요에 따라 근섬유 착색을 위해 착색제를 부여하는 단계를 더 포함할 수 있다. 착색제는 카로티노이드, 안토시아닌 계열의 천연 착색제로서, 배양된 세포에 육류 유사 색상을 부여하기에 충분하며, 식품에 이용될 수 있는 것이면 제한되지 않는다. 구체적으로 카로티노이드는 리코펜, 칸타크산틴, 베타 카로틴 등일 수 있다.In addition, if necessary, a step of applying a coloring agent for muscle fiber coloring may be further included. The colorant is a natural colorant of the carotenoid and anthocyanin series, and is sufficient to impart meat-like color to cultured cells, and is not limited as long as it can be used for food. Specifically, the carotenoid may be lycopene, canthaxanthin, beta carotene, and the like.

동물성 세포는 동물 근원세포 및 동물 지방세포를 포함하나, 배양육 제조에 이용될 수 있는 세포라면 제한되지 않는다. 다능성 줄기세포(PSC) 및/또는 이로부터 분화된 세포, 비배아줄기세포(ESC), 또는 위성세포 등을 포함할 수 있다. Animal cells include animal myoblasts and animal adipocytes, but are not limited as long as they can be used for producing cultured meat. It may include pluripotent stem cells (PSCs) and/or cells differentiated therefrom, non-embryonic stem cells (ESCs), or satellite cells.

일 예로서, 패턴화 스캐폴드 단위 블록에는 동물 근원세포를 접종하고, 평탄화 스캐폴드 단위 블록에는 동물 지방세포를 접종할 수 있다. 이때 패턴화 스캐폴드의 면적과 평탄화 스캐폴드의 면적비를 조절하여 근육 세포 및 지방 세포의 비율을 조절할 수 있다. 구체적으로 미국 농무부(USDA)에 따른 영양 정보를 참고하면 뉴욕 지역의 등심의 단백질:지방 비율은 1.5 내지 3 : 1, 안심의 단백질:지방 비율은 1 내지 3.6 : 1로서, 본 발명의 일 실시예로서, 패턴화 스캐폴드 및 평탄화 스캐폴드 면적비를 1:1 내지 4:1로 설정할 수 있으나, 이는 단지 일 예일 뿐 결코 이에 제한되지 않는다. As an example, animal myoblasts may be inoculated into the patterned scaffold unit block, and animal adipocytes may be inoculated into the flattened scaffold unit block. At this time, the ratio of muscle cells and fat cells can be adjusted by adjusting the area ratio of the patterned scaffold and the flattened scaffold. Specifically, referring to the nutritional information according to the United States Department of Agriculture (USDA), the protein:fat ratio of sirloin in New York is 1.5 to 3:1, and the protein:fat ratio of tenderloin is 1 to 3.6:1, and one embodiment of the present invention As, the area ratio of the patterned scaffold and the planarized scaffold may be set to 1:1 to 4:1, but this is only an example and is not limited thereto.

아울러 본 발명은 상술한 제조방법에 따라 제조된 배양육을 제공한다. 본 발명에 따른 배양육은 접착 방향 및 조립에 사용되는 블록의 수에 따라 크기는 자유롭게 제어될 수 있어, 그동안 배양육에서 재현할 수 없었던 실제육과 같은 식감을 즐길 수 있다. In addition, the present invention provides cultured meat prepared according to the above-described manufacturing method. The size of the cultured meat according to the present invention can be freely controlled according to the direction of adhesion and the number of blocks used for assembly, so you can enjoy the same texture as real meat, which has not been reproducible in cultured meat.

이하 실시예를 통해 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.The present invention will be described in more detail through the following examples. However, the following examples are only references for explaining the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.

(실험 방법)(experimental method)

동물성 세포 배양animal cell culture

소의 1차 근원세포는 수확된 둔근 또는 반힘줄근 조직에서 분리되었고, 소 지방 조직 유래 중간엽 줄기 세포(adMSC)는 근육 내 또는 피하 지방 조직에서 추출되었다. 모든 조직은 지역 도축장(Kwell LPC, Hongcheon, Korea)에서 도축된 생후 29-31개월의 암수 한우 소에서 채취하였다. 모든 실험 절차는 강원대학교의 동물 관리 및 사용 지침에 따라 수행되었으며 강원대학교 기관 동물 관리 및 사용 위원회(IACUC)의 승인을 받았다(IACU 승인 번호 KW-220714-1).Bovine primary myoblasts were isolated from harvested gluteal or semitendinous muscle tissue, and bovine adipose tissue-derived mesenchymal stem cells (adMSC) were extracted from intramuscular or subcutaneous adipose tissue. All tissues were collected from 29-31 month old male and female Korean cattle slaughtered at a local slaughterhouse (Kwell LPC, Hongcheon, Korea). All experimental procedures were performed in accordance with the Animal Care and Use Guidelines of Kangwon National University and were approved by the Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) of Kangwon National University (IACU approval number KW-220714-1).

소 근원세포(Bovine myoblast) 및 소 지방유래 중간엽 줄기세포(adipose-derived Mesenchymal stem cell, adMSC)를 TPP® 조직 배양 접시(Sigma Aldrich)에서 계대배양하였다. 근원세포 성장배지의 경우, 10%(v/v) 우태아 혈청(FBS, Welgene), 5ng/mL basic fibroblast growth factor(bFGF)가 첨가된 high-glucose Dulbecco's Modified Eagle's Medium(HG-DMEM, Thermo Fisher Scientific) ; Peprotech, Rocky Hill, NJ, USA) 및 1%(v/v) 페니실린-스트렙토마이신-암포테리신(Thermo Fisher Scientific)을 사용하였다. adMSC 성장 배지는 10%(v/v) FBS와 1% penicillin-streptomycin-amphotericin(PS)이 첨가된 저포도당 Dulbecco's Modified Eagle's Medium(LG-DMEM, Welgene)을 사용하였다. 세포 계대배양은 1X PBS(Gibco® Life Technologies, USA), 0.025% 트립신 에틸렌-디아민-테트라아세트산(EDTA; Gibco® Life Technologies, USA) 및 각 세포군의 성장 배지를 사용하여 수행하였다. Bovine myoblasts and adipose-derived mesenchymal stem cells (adMSC) were subcultured in TPP® tissue culture dishes (Sigma Aldrich). For myoblast growth medium, high-glucose Dulbecco's Modified Eagle's Medium (HG-DMEM, Thermo Fisher Scientific); Peprotech, Rocky Hill, NJ, USA) and 1% (v/v) Penicillin-Streptomycin-Amphotericin (Thermo Fisher Scientific) were used. The adMSC growth medium was low glucose Dulbecco's Modified Eagle's Medium (LG-DMEM, Welgene) supplemented with 10% (v/v) FBS and 1% penicillin-streptomycin-amphotericin (PS). Cell passaging was performed using 1X PBS (Gibco® Life Technologies, USA), 0.025% trypsin ethylene-diamine-tetraacetic acid (EDTA; Gibco® Life Technologies, USA) and growth medium for each cell population.

배양된 소 근원세포(계대 3) 및 adMSC(계대 3)를 하이드로겔에 시딩하는 밀도는 각각 제작된 스캐폴드 12웰당 3Х104 cells 및 2Х104 cells이다. 근원세포(myoblast)를 4일 동안 증식시킨 후, 배지를 분화 배지로 교체하였다. 또한, adMSC를 3일간 증식시켜 cell confluency가 약 90%에 도달한 후 배지를 교체하여 분화를 유도하였다. 근원세포 분화 배지의 경우, 2%(v/v) 말 혈청(Gibco? Horse Serum, Thermo Fischer Scientific) 및 1% PS가 보충된 HG-DMEM를 사용하였다. 지방 분화 배지로는 5%(v/v) FBS, 10μM 인슐린(소 췌장의 인슐린, Sigma Aldrich), 1μM 덱사메타손(Sigma Aldrich), 10μM 시글리티존(Sigma Aldrich) 및 100μM 올레산(Sigma Aldrich)이 보충된 LG-DMEM를 사용하였다. 배지는 격일로 교체되었다.The seeding densities of cultured bovine myoblasts (passage 3) and adMSC (passage 3) on the hydrogel were 3Х10 4 cells and 2Х10 4 cells per 12 wells of the prepared scaffold, respectively. After proliferating myoblasts for 4 days, the medium was replaced with differentiation medium. In addition, adMSC were proliferated for 3 days, and differentiation was induced by replacing the medium after cell confluency reached about 90%. For myoblast differentiation medium, HG-DMEM supplemented with 2% (v/v) horse serum (Gibco® Horse Serum, Thermo Fischer Scientific) and 1% PS was used. Adipose differentiation medium supplemented with 5% (v/v) FBS, 10 μM insulin (bovine pancreatic insulin, Sigma Aldrich), 1 μM dexamethasone (Sigma Aldrich), 10 μM ciglitizone (Sigma Aldrich) and 100 μM oleic acid (Sigma Aldrich) prepared LG-DMEM was used. Medium was changed every other day.

세포 분화 분석Cell differentiation assay

근관세포(myotube) 형성을 확인하기 위해 면역염색을 수행하였다. 먼저 세포를 10% 중성완충포르말린으로 고정하고 충분히 세척하였다. 그 후, 5%(w/v) 소혈청알부민(BSA, Sigma Aldrich), 0.3%(v/v) triton X-100(Triton? X-100 solution, Sigma Aldrich) 및 10%( v/v) 1X PBS의 말 혈청을 사용하여 샘플을 밤새 처리하여 비특이적 항체 결합을 억제하였다. MHC 항체(MF 20, DSHB)를 10%(v/v) 말 혈청과 2%(w/v) BSA로 구성된 희석 용매에 100배 희석하고 실온에서 2시간 동안 샘플을 처리하였다. 샘플을 1X PBS로 2회 세척한 다음 0.025%(v/v) triton X-100으로 1회 세척하고, 동일한 희석 용매인 MF 20에 400배 희석한 2차 항체(Donkey anti-mouse Alexa flour 594, Thermo Fischer)를 실온에서 1시간 동안 시료에 처리하였다. 세척 후, 1%(w/v) BSA 용액에 250배 희석된 DAPI(Sigma Aldrich)를 사용하여 스캐폴드의 세포 핵을 염색하기 위해 샘플을 30분 동안 처리하였다. 이후, 공초점 레이저 스캐닝 현미경(LSM 980, Carl Zeiss)을 사용하여 염색된 세포를 관찰하였다.Immunostaining was performed to confirm myotube formation. First, the cells were fixed with 10% neutral buffered formalin and thoroughly washed. Then, 5% (w / v) bovine serum albumin (BSA, Sigma Aldrich), 0.3% (v / v) triton X-100 (Triton® X-100 solution, Sigma Aldrich) and 10% (v / v) Samples were treated overnight with horse serum in 1X PBS to inhibit non-specific antibody binding. MHC antibody (MF 20, DSHB) was diluted 100-fold in a dilution solvent composed of 10% (v/v) horse serum and 2% (w/v) BSA, and samples were treated at room temperature for 2 hours. The sample was washed twice with 1X PBS, then washed once with 0.025% (v/v) triton X-100, and the secondary antibody (Donkey anti-mouse Alexa flour 594, Thermo Fischer) was applied to the samples for 1 hour at room temperature. After washing, the samples were treated for 30 minutes to stain the cell nuclei of the scaffold using DAPI (Sigma Aldrich) diluted 250-fold in 1% (w/v) BSA solution. Then, the stained cells were observed using a confocal laser scanning microscope (LSM 980, Carl Zeiss).

제조예 1. 젤라틴/알지네이트 하이드로겔 용액 제조Preparation Example 1. Preparation of gelatin/alginate hydrogel solution

피쉬 젤라틴(GELTECH)을 3차 증류수에 40 wt%가 되도록 정량한 다음 65

Figure pat00001
에서 12시간 이상 용해시킨다. 알긴산나트륨(#180947)는 3차 증류수에 각각 4 wt%와 8 wt%가 되도록 정량하여 85
Figure pat00002
에서 12시간 용해시킨다. 미생물 트랜스글루타미나제(mTG)는 3차 증류수에 각각 2%, 4 wt%가 되도록 정량한 다음 실온에서 볼텍서로 충분히 섞어 mTG 용액을 준비한다. 젤라틴과 알지네이트가 모두 용해되면 두 용액을 1:1 부피 비율로 65 ℃에서 2시간 동안 혼합한다. 이후 mTG 용액을 37 ℃에서 10분 동안 젤라틴/알지네이트 혼합용액에 첨가하여 mTG의 활성이 저해되지 않는 온도 조건에서 두 용액이 충분히 섞이도록 하여, 젤라틴/알지네이트 하이드로겔 용액을 제조한다. Fish gelatin (GELTECH) was quantified to 40 wt% in tertiary distilled water and then 65
Figure pat00001
dissolved over 12 hours. Sodium alginate (#180947) was weighed to 4 wt% and 8 wt% in tertiary distilled water, respectively, to 85
Figure pat00002
dissolved for 12 hours. Microbial transglutaminase (mTG) was quantified to 2% and 4 wt% in tertiary distilled water, respectively, and then sufficiently mixed with a vortexer at room temperature to prepare an mTG solution. When both gelatin and alginate are dissolved, the two solutions are mixed in a 1:1 volume ratio at 65 °C for 2 hours. Thereafter, the mTG solution was added to the gelatin/alginate mixed solution at 37° C. for 10 minutes so that the two solutions were sufficiently mixed under a temperature condition in which mTG activity was not inhibited, thereby preparing a gelatin/alginate hydrogel solution.

실시예 1. 젤라틴/알지네이트 하이드로겔 제조 및 표면 패터닝Example 1. Gelatin/alginate hydrogel preparation and surface patterning

도 4를 참조하여, 표면 패터닝된 젤라틴/알지네이트 하이드로겔 제조방법을 상세히 설명한다. Referring to FIG. 4, the method for preparing the surface-patterned gelatin/alginate hydrogel will be described in detail.

(step 1) 너비 약 300 μm, 높이 약 500 μm 의 단일 방향 패턴을 갖는 PDMS 스탬프를 제작한다. (step 1) A PDMS stamp having a unidirectional pattern with a width of about 300 μm and a height of about 500 μm is fabricated.

(step 2) PDMS 스탬프를 패턴이 위를 향하게 실리콘 몰드 바닥에 위치시킨 뒤 상기 제조예 1에 따라 제조된 젤라틴/알지네이트 하이드로겔 용액을 부은 다음, 4

Figure pat00003
에서 2 시간 동안 겔화시킨다. 그 후 겔화된 젤라틴/알지네이트 하이드로겔을 37
Figure pat00004
에서 12 시간 동안 인큐베이션 하여 젤라틴의 가교가 이루어지도록 한다. 가교 반응이 완료된 하이드로겔을 60
Figure pat00005
에서 30분간 두어 더 이상 젤라틴의 가교 반응이 진행되지 않도록 mTG를 비활성화 시킨 다음, 몰드에서 하이드로겔을 떼어내어 표면에 너비 약 300 μm, 높이 약 500 μm 의 단일 방향 패턴이 새겨진 젤라틴/알지네이트 하이드로겔을 제작한다. 그 후 염화칼슘 1 wt%, 3 wt% 용액에 각각 1시간 동안 담구어 알지네이트가 가교되도록 한다. (step 2) Place the PDMS stamp on the bottom of the silicon mold with the pattern facing upward, pour the gelatin/alginate hydrogel solution prepared in Preparation Example 1, and
Figure pat00003
gelled for 2 hours. Then, the gelatin/alginate hydrogel was prepared at 37 °C.
Figure pat00004
and incubated for 12 hours to cross-link the gelatin. The hydrogel after the cross-linking reaction is 60
Figure pat00005
for 30 minutes to inactivate mTG so that the crosslinking reaction of gelatin does not proceed any further, and then remove the hydrogel from the mold and form a gelatin/alginate hydrogel with a unidirectional pattern engraved on the surface of about 300 μm in width and about 500 μm in height. produce Then, the alginate is cross-linked by soaking in 1 wt% and 3 wt% calcium chloride solutions for 1 hour, respectively.

실시예 2. 젤라틴/알지네이트 스캐폴드 조립체 제조Example 2. Preparation of gelatin/alginate scaffold assemblies

실시예 1에서 제조한 표면 패터닝된 젤라틴/알지네이트 스캐폴드에서 패터닝 과정을 제외하고, 실리콘 몰드에서 동일한 방식으로 제작한 매끄러운 표면을 갖는 평탄화 젤라틴/알지네이트 하이드로겔에는 지방 세포를 배양하고, 패턴화 젤라틴/알지네이트 하이드로겔에는 근원 세포를 배양 및 분화시킨다. 이어서 지방 세포를 증식 배양한 평탄화 스캐폴드와 근원세포를 분화 배양한 패턴화 스캐폴드를 형태에 맞게 조립하여 근육 세포와 지방 세포가 융합된 배양육을 제조한다. Except for the patterning process in the surface-patterned gelatin/alginate scaffold prepared in Example 1, adipocytes were cultured in the flattened gelatin/alginate hydrogel having a smooth surface prepared in the same way in the silicone mold, and the patterned gelatin/alginate hydrogel Myoblasts are cultured and differentiated in alginate hydrogels. Subsequently, a flattened scaffold in which fat cells are proliferated and cultured and a patterned scaffold in which myoblasts are differentiated and cultured are assembled according to the shape to prepare cultured meat in which muscle cells and fat cells are fused.

실험예 1. 패턴화 스캐폴드(근육 블록) 최적화를 위한 풍미 평가Experimental Example 1. Flavor evaluation for patterned scaffold (muscle block) optimization

모든 샘플(① Bare LALC, ② LALC+myoblast, ③ Bare HALC, ④ LALC+myoblast)을 180 ℃에서 5분간 구운 후, GC-MS분석 (Agilent 8890 GC 시스템-Agilent 5677B MSD, Agilent Technologies)을 수행하여, 메일라드 반응에 대한 세포 근육 생성의 영향을 확인하였다. 세포 증식은 마이야르 혹은 메일라드 (Mailard) 반응에 참여하는 단백질의 함량을 증가시켜 배양육의 풍미에 영향을 미친다. All samples (① Bare LALC, ② LALC+myoblast, ③ Bare HALC, ④ LALC+myoblast) were baked at 180 °C for 5 minutes, and then GC-MS analysis (Agilent 8890 GC system-Agilent 5677B MSD, Agilent Technologies) was performed. , confirmed the effect of cell myogenesis on the Maillard response. Cell growth affects the flavor of cultured meat by increasing the content of proteins that participate in the Maillard or Mailard reaction.

그 결과는 도 10에 도시되었다. 익힌 소고기에서 발견되는 메일라드 반응 생성물인 벤즈알데하이드 및 디부틸히드록시톨루엔(butylated hydroxytoluene)이 검출되었다. 벤즈알데하이드는 LALC 하이드로겔의 경우 세포가 없는 스캐폴드에 비하여 세포가 있는 경우 1.8 배 피크면적이 높게 나타났으나, HALC 하이드로겔의 경우 세포가 없는 스캐폴드에 비하여 세포가 있는 경우 5배 더 높게 나타나 HALC 하이드로겔에서 근육 생성이 현저히 잘 이루어졌음을 확인할 수 있다. 또한 디부틸히드록시톨루엔의 경우는 세포가 있는 스캐폴드에서만 검출되었고, LALC 하이드로겔에서보다 HALC 하이드로겔에서 2.6 배 높은 피크면적이 나타났다. 이러한 결과 역시 근육 형성 정도가 메일라드 반응 생성물의 함량에 영향을 미치고 결과적으로 배양육의 풍미에 상당한 영향을 미칠 수 있음을 시사한다.The results are shown in FIG. 10 . Benzaldehyde and butylated hydroxytoluene, which are Maillard reaction products found in cooked beef, were detected. Benzaldehyde showed a 1.8-fold higher peak area with cells compared to scaffolds without cells in the case of LALC hydrogels, but 5-fold higher peak areas with cells compared to scaffolds without cells in the case of HALC hydrogels. It can be seen that muscle generation was remarkably well achieved in the HALC hydrogel. In addition, dibutylhydroxytoluene was detected only on the scaffold with cells, and the peak area was 2.6 times higher in the HALC hydrogel than in the LALC hydrogel. These results also suggest that the degree of muscle formation can affect the content of Maillard reaction products and consequently have a significant impact on the flavor of cultured meat.

미국 FEMA(Flavor Extract Manufacturers Association of the United States) 목록 및 TGSC(Good Scents Company) 정보 시스템에서 얻은 향미 정보를 기반으로 각 화합물에 대응되는 특정 향미를 확인하였다. 벤즈알데하이드는 쓴 아몬드, 탄당, 맥아향이 대응될 수 있고, 디부틸히드록시톨루엔은 구운 시리얼과 같은 향을 갖는 것으로 나타났다. Based on the flavor information obtained from the Flavor Extract Manufacturers Association of the United States (FEMA) list and the Good Scents Company (TGSC) information system, specific flavors corresponding to each compound were identified. Benzaldehyde can counteract bitter almond, burnt sugar, and malt flavors, and dibutylhydroxytoluene has been found to have a toasted cereal-like flavor.

또한 근육 단백질 관련 유전자 중 소고기의 부드러움, 다즙성, 향미 등 관능적 특성을 풍부하게 하는 것으로 알려진 MYH7 유전자의 발현이 HALC 하이드로겔에서 2배 이상 높게 발현되어 본 발명에 따라 근원적 분화를 극대화함으로써 배양육의 육질을 크게 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다(비도시).In addition, among muscle protein-related genes, the expression of MYH7 gene, known to enrich sensory characteristics such as tenderness, juiciness, and flavor of beef, was expressed more than twice as high in HALC hydrogel, maximizing fundamental differentiation according to the present invention to improve meat quality of cultured meat. It was confirmed that can be greatly improved (not shown).

상기 실험예 수행 결과를 통해 특히 본 발명의 HALC 하이드로겔이 근원성 분화를 촉진하여 근육 단백질 및 식욕을 돋우는 풍미가 풍부한 근육 블록으로 최적화될 수 있음을 확인하였다.Through the results of the above experimental examples, it was confirmed that the HALC hydrogel of the present invention can be optimized to a muscle block rich in muscle protein and appetizing flavor by promoting myogenic differentiation.

실험예 2. 평탄화 스캐폴드(지방 블록) 최적화를 위한 지방 분화 분석Experimental Example 2. Fat differentiation analysis for flattening scaffold (fat block) optimization

증식 3일 후 배지를 교체하여 지방 분화를 시작하였다. 지방 생성이 시작되면 섬유아세포 모양의 adMSCs는 형태가 둥근 모양으로 변하기 시작하고 세포질 내부에 풍부한 지질 액적(lipid droplets)을 형성한다. Oil Red O 염색 키트(abcam)로 200배 희석된 LipidTOX?(HCS LipidTOX? Red Neutral Lipid Stain, Invitrogen)를 사용하여 지질 액적의 형광 염색을 수행하여, 각 스캐폴드에서 지질 액적 형성을 조사하였다. 그 결과는 도 11 내지 14에 나타내었다. 도 14(a)에 도시된 바와 같이, HALC 하이드로겔에 비하여 LALC 하이드로겔에서 더 많은 지방 세포가 분화함에 따라 강성이 증가하였음을 확인할 수 있다. After 3 days of growth, the medium was replaced to initiate adipose differentiation. Upon initiation of adipogenesis, fibroblast-like adMSCs begin to change to a round shape and form abundant lipid droplets inside the cytoplasm. Lipid droplet formation was investigated on each scaffold by performing fluorescence staining of lipid droplets using LipidTOX® (HCS LipidTOX® Red Neutral Lipid Stain, Invitrogen) diluted 200-fold with Oil Red O staining kit (abcam). The results are shown in Figures 11 to 14. As shown in FIG. 14 (a), it can be confirmed that the stiffness increased as more adipocytes differentiated in the LALC hydrogel compared to the HALC hydrogel.

또한 도 14(b)에 도시된 바와 같이, 각 샘플에서 지방 향미를 확인하기 위해 수행한 GC 분석을 통해 LALC 향미 피크 면적은 세포가 없는 하이드로겔에 비하여 150%가 증가하였고, HALC에서는 유의적 변화가 관찰되지 않았다. 이를 통해 LALC 하이드로겔이 풍부한 지질 함량과 지방 풍미로 지방 블록을 최적화될 수 있음을 확인하였다.In addition, as shown in FIG. 14 (b), through GC analysis performed to confirm the fatty flavor in each sample, the LALC flavor peak area increased by 150% compared to the cell-free hydrogel, and in HALC, significant change was not observed. Through this, it was confirmed that LALC hydrogel can be optimized for fat block with rich lipid content and fat flavor.

실험예 3. 근육 블록 및 지방 블록을 조립한 배양육(ACM) 제조 및 특성 평가Experimental Example 3. Manufacturing and characterization of cultured meat (ACM) assembled with muscle blocks and fat blocks

각각의 소고기 부위의 구조를 구현하기 위해 먼저 근육 블록과 지방 블록을 3:1의 비율로 세로로 접착하여 조립된 배양육을 제조하였다. 조립 배양육(ACM)은 mTG 용액(증류수에 용해된 30%(w/v) mTG)을 블록의 각 표면에 펴 바르고, 블록을 수직으로 쌓아 조립한 후, 블록을 PVC 랩으로 단단히 싸서 37

Figure pat00006
에서 1시간 동안 배양하여, 조립된 배양육(ACM)을 준비하였다. 이후 조립된 배양육과 실제 소고기의 영양, 식감 및 풍미를 비교하였다. 근육 조직과 지방 조직의 비율은 쇠고기의 절단 부위에 따라 다르므로 근육:지방 비율이 3:1인 쇠고기 부위를 비교군으로 사용하였다.In order to implement the structure of each beef part, assembled cultured meat was prepared by first attaching muscle blocks and fat blocks vertically at a ratio of 3:1. Assembled cultured meat (ACM) is prepared by spreading a solution of mTG (30% (w/v) mTG in distilled water) on each surface of the block, stacking the blocks vertically, and then wrapping the block tightly with PVC wrap.
Figure pat00006
Incubated for 1 hour to prepare assembled cultured meat (ACM). Then, the nutrition, texture, and flavor of the assembled cultured meat and the actual beef were compared. Since the ratio of muscle tissue to fat tissue differs depending on the cut part of beef, beef parts with a muscle:fat ratio of 3:1 were used as a comparison group.

영양분석은 KOLAS(Korea Laboratory Accreditation Scheme) 인증기관인 OATC INC에서 실시하였다. 단백질 함량을 측정하기 위해 ACM과 쇠고기를 황산으로 소화하여 시료를 준비하였다. 소화된 샘플을 40% NaOH 용액으로 증류하고 0.1N HCl 용액으로 적정하였다. 단백질 함량은 다음 방정식에 의해 계산되었다.Nutritional analysis was conducted by OATC INC, a Korea Laboratory Accreditation Scheme (KOLAS) certification institution. Samples were prepared by digesting ACM and beef with sulfuric acid to measure the protein content. Digested samples were distilled with 40% NaOH solution and titrated with 0.1N HCl solution. Protein content was calculated by the following equation.

[식 1][Equation 1]

Figure pat00007
Figure pat00007

탄수화물 함량은 시료의 전체 질량에서 시료에서 측정된 단백질, 회분, 지방 및 수분의 함량을 빼서 계산하였다. 지방 함량은 화염 이온화 검출기로 측정하였다. 영양 분석 결과는 도 15에 도시되었다. Carbohydrate content was calculated by subtracting the contents of protein, ash, fat and moisture measured in the sample from the total mass of the sample. Fat content was measured with a flame ionization detector. The nutritional analysis results are shown in FIG. 15 .

질감 프로필 분석(Texture profile analysis,TPA)는 상온에서 TXA? Multi-axis Micro-Texture analyzer(YEONJIN S-Tech Corporation)를 사용하여 구운 ACM과 구운 소고기에 대하여 수행하였다. 그 결과는 도 17에 도시되었다. 실제 소고기와 비교하여 ACM은 응집력, 탄력성 및 탄력성이 더 높은 탄력있는 질감을 보였다. 또한, ACM의 경도, 점착성 및 씹힘성은 쇠고기보다 약간 낮아 ACM의 부드러움을 나타내었다.Texture profile analysis (TPA) is TXA? It was performed on grilled ACM and grilled beef using a Multi-axis Micro-Texture analyzer (YEONJIN S-Tech Corporation). The results are shown in FIG. 17 . Compared with real beef, ACM showed a more elastic texture with higher cohesiveness, elasticity and elasticity. Also, the hardness, stickiness and chewiness of ACM were slightly lower than that of beef, indicating the softness of ACM.

풍미 분석은 180 ℃에서 10분(분) 동안 굽는 방식으로 준비되었으며, 두 샘플의 색상이 마이야르 반응으로 인해 붉은색에서 황갈색으로 변하는 것을 관찰할 수 있었다. 도 16에 도시된 향미 분석 결과는 마이야르 반응에서 파생된 탄 향과 로스팅 향이 두 그룹 모두에서 검출되었음을 나타낸다. ACM에서는 버터스카치와 캐러멜 풍미와 같이 구운 소고기와 같은 풍미를 지닌 휘발성 화합물이 다량 검출되었다. 또한 ACM과 소고기의 풍부한 지질 함량으로 인해 모든 샘플에서 지방 풍미도 검출되었다. 이러한 결과는 ACM이 단백질 및 지질 함량이 증가하여 도축된 소고기와 유사한 풍미를 제공할 수 있음을 나타낸다. Flavor analysis was prepared by baking at 180 ° C. for 10 minutes (minutes), and it was observed that the color of the two samples changed from red to tan due to the Maillard reaction. The flavor analysis results shown in FIG. 16 indicate that burnt flavor and roasted flavor derived from the Maillard reaction were detected in both groups. ACM detected high levels of volatile compounds with roast beef-like flavors such as butterscotch and caramel flavors. Fat flavor was also detected in all samples due to the rich lipid content of ACM and beef. These results indicate that ACM can provide a similar flavor to slaughtered beef with increased protein and lipid content.

이상 설명한 것은 본 발명에 의한 배양육 제조용 스캐폴드 및 이를 이용한 배양육 제조방법을 실시하기 위한 실시예에 불과하며, 이에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.What has been described above is only an example for carrying out the scaffold for producing cultured meat and the method for manufacturing cultured meat using the scaffold according to the present invention, but is not limited thereto, and does not deviate from the gist of the present invention as claimed in the following claims. Anyone with ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs will say that the technical spirit of the present invention exists to the extent that various changes can be made.

Claims (25)

폴리펩타이드 및 다당체를 포함하는 생체적합성 가교 중합체를 포함하고, 적어도 일부의 영역에 패턴화된 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 배양육 제조용 스캐폴드. A scaffold for producing cultured meat, characterized in that it includes a biocompatible crosslinked polymer including a polypeptide and a polysaccharide, and includes a patterned surface in at least a part of the region. 제 1항에 있어서,
상기 패턴화된 표면은 일 방향으로 직선상 양각 패턴을 가지는, 배양육 제조용 스캐폴드.
According to claim 1,
The patterned surface has a linear embossed pattern in one direction, a scaffold for producing cultured meat.
제 1항에 있어서,
상기 폴리펩타이드는 젤라틴을 포함하는, 배양육 제조용 스캐폴드.
According to claim 1,
The polypeptide is a scaffold for producing cultured meat comprising gelatin.
제 1항에 있어서,
상기 폴리펩타이드는 RGD 서열을 주쇄 또는 측쇄에 포함하는, 배양육 제조용 스캐폴드.
According to claim 1,
The polypeptide comprises a RGD sequence in the main chain or side chain, scaffold for producing cultured meat.
제 1항에 있어서,
상기 다당체는 음이온성 다당체를 포함하는, 배양육 제조용 스캐폴드.
According to claim 1,
The polysaccharide comprises an anionic polysaccharide, a scaffold for producing cultured meat.
제 1항에 있어서,
상기 폴리펩타이드는 효소에 의해 가교된 것인, 배양육 제조용 스캐폴드.
According to claim 1,
The polypeptide is cross-linked by an enzyme, a scaffold for producing cultured meat.
제 6항에 있어서,
상기 효소는 트랜스글루타미나제를 포함하는, 배양육 제조용 스캐폴드.
According to claim 6,
The enzyme comprises a transglutaminase, a scaffold for producing cultured meat.
제 1항에 있어서,
상기 다당체는 2가 금속 이온에 의해 가교된 것인, 배양육 제조용 스캐폴드.
According to claim 1,
The polysaccharide is a scaffold for producing cultured meat, which is crosslinked by divalent metal ions.
폴리펩타이드 및 다당체를 포함하는 생체적합성 가교 중합체를 포함하는 하나 이상의 패턴화 스캐폴드 단위 블록; 및
폴리펩타이드 및 다당체를 포함하는 생체적합성 가교 중합체를 포함하는 하나 이상의 평탄화 스캐폴드 단위 블록;
을 포함하고, 상기 패턴화 스캐폴드 단위 블록 및 평탄화 스캐폴드 단위 블록이 서로 조립되어 패턴화된 제1표면영역 및 평탄한 제2표면영역을 동시에 포함하는 것을 특징으로 하는 배양육 제조용 스캐폴드 조립체.
at least one patterned scaffold unit block comprising a biocompatible cross-linked polymer comprising a polypeptide and a polysaccharide; and
at least one planarized scaffold unit block comprising a biocompatible cross-linked polymer comprising a polypeptide and a polysaccharide;
The scaffold assembly for producing cultured meat, wherein the patterned scaffold unit block and the flattened scaffold unit block are assembled together to include a patterned first surface region and a flat second surface region at the same time.
제 9항에 있어서,
상기 패턴화 스캐폴드 단위 블록의 표면은 일 방향으로 직선상 양각 패턴을 가지는, 배양육 제조용 스캐폴드 조립체.
According to claim 9,
The scaffold assembly for producing cultured meat, wherein the surface of the patterned scaffold unit block has a linear embossed pattern in one direction.
제 9항에 있어서,
상기 패턴화 스캐폴드 단위 블록과 평탄화 스캐폴드 단위 블록은 동일한 폴리펩타이드 및 다당체를 포함하는, 배양육 제조용 스캐폴드 조립체.
According to claim 9,
The scaffold assembly for producing cultured meat, wherein the patterned scaffold unit block and the flattened scaffold unit block contain the same polypeptide and polysaccharide.
제 9항에 있어서,
상기 패턴화 스캐폴드 단위 블록과 평탄화 스캐폴드 단위 블록은 상이한 압축강도를 가지는, 배양육 제조용 스캐폴드 조립체.
According to claim 9,
The scaffold assembly for producing cultured meat, wherein the patterned scaffold unit block and the flattened scaffold unit block have different compressive strengths.
제 9항에 있어서,
상기 패턴화 스캐폴드 단위 블록은 10 kPa 내지 18 kPa의 압축강도를 가지는, 배양육 제조용 스캐폴드 조립체.
According to claim 9,
The patterned scaffold unit block has a compressive strength of 10 kPa to 18 kPa, scaffold assembly for producing cultured meat.
제 13항에 있어서,
상기 평탄화 스캐폴드 단위 블록은 1 kPa 내지 6 kPa의 압축강도를 가지는, 배양육 제조용 스캐폴드 조립체.
According to claim 13,
The flattening scaffold unit block has a compressive strength of 1 kPa to 6 kPa, scaffold assembly for producing cultured meat.
(S1) 폴리펩타이드 및 다당체를 포함하는 생체적합성 중합체 용액을 제조하는 단계;
(S2) 표면에 패턴을 포함하는 몰드에 상기 생체적합성 중합체 용액을 충전하는 단계;
(S3) 상기 몰드 내에서 상기 폴리펩타이드를 가교하여 스캐폴드 전구체를 제조하는 단계;
(S4) 상기 몰드 내로부터 상기 스캐폴드 전구체를 분리하여 패턴화된 표면을 포함하는 스캐폴드 전구체를 수득하는 단계; 및
(S5) 상기 패턴화된 표면을 포함하는 스캐폴드 전구체 내에 포함되어 있는 다당체를 가교하는 단계;
를 포함하는 배양육 제조용 스캐폴드 제조방법.
(S1) preparing a biocompatible polymer solution containing a polypeptide and a polysaccharide;
(S2) filling the biocompatible polymer solution into a mold having a pattern on its surface;
(S3) preparing a scaffold precursor by crosslinking the polypeptide in the mold;
(S4) obtaining a scaffold precursor having a patterned surface by separating the scaffold precursor from within the mold; and
(S5) cross-linking the polysaccharide included in the scaffold precursor including the patterned surface;
Scaffold manufacturing method for producing cultured meat comprising a.
제 15항에 있어서,
상기 (S3) 단계 이전에, 몰드에 충전된 생체적합성 중합체 용액을 저온에서 겔화하는 단계;를 더 포함하는, 배양육 제조용 스캐폴드 제조방법.
According to claim 15,
Prior to the step (S3), gelling the biocompatible polymer solution filled in the mold at a low temperature; further comprising a scaffold manufacturing method for preparing cultured meat.
제 15항에 있어서,
상기 (S5) 단계는 2가 금속 이온을 포함하는 수용액에서 수행되는, 배양육 제조용 스캐폴드 제조방법.
According to claim 15,
The step (S5) is performed in an aqueous solution containing divalent metal ions, a scaffold manufacturing method for producing cultured meat.
제 15항에 있어서,
상기 (S5) 단계 이후, (S6) 스캐폴드를 절단하여 서로 조립가능한 패턴화 스캐폴드 단위 블록을 제조하는 단계;를 더 포함하는, 배양육 제조용 스캐폴드 제조방법.
According to claim 15,
After the step (S5), (S6) cutting the scaffold to prepare patterned scaffold unit blocks that can be assembled with each other; further comprising a scaffold manufacturing method for producing cultured meat.
제 15항에 있어서,
(S7) 평탄화 스캐폴드 단위 블록을 준비하는 단계; 및
(S8) 패턴화 스캐폴드 단위 블록과 평탄화 스캐폴드 단위 블록을 조립하여 패턴화된 제1표면영역 및 평탄한 제2표면영역을 동시에 포함하는 조립체를 제조하는 단계;
를 더 포함하는 배양육 제조용 스캐폴드 제조방법.
According to claim 15,
(S7) preparing a flattened scaffold unit block; and
(S8) assembling the patterned scaffold unit block and the flattened scaffold unit block to manufacture an assembly including a patterned first surface region and a flat second surface region at the same time;
A scaffold manufacturing method for producing cultured meat further comprising a.
제 19항에 있어서,
상기 평탄화 스캐폴드 단위 블록은 폴리펩타이드 및 다당체의 생체적합성 가교 중합체를 포함하는, 배양육 제조용 스캐폴드 제조방법.
According to claim 19,
The flattening scaffold unit block comprises a biocompatible cross-linked polymer of a polypeptide and a polysaccharide, scaffold manufacturing method for producing cultured meat.
(S10) 제 9항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 배양육 제조용 스캐폴드 조립체에 배양액을 충전하고 동물성 세포를 접종하는 단계;
(S20) 상기 동물성 세포가 접종된 배양액을 인큐베이션하여 세포 증식하는 단계; 및
(S30) 상기 배양액 내에 증식된 세포를 조직화하는 단계;
를 포함하는 배양육 제조방법.
(S10) filling the culture medium into the scaffold assembly for preparing cultured meat according to any one of claims 9 to 14 and inoculating animal cells;
(S20) incubating the culture solution inoculated with the animal cells to proliferate the cells; and
(S30) organizing the proliferated cells in the culture medium;
Cultured meat manufacturing method comprising a.
제 21항에 있어서,
상기 동물성 세포는 동물 근원세포 및 동물 지방세포를 포함하는, 배양육 제조방법.
According to claim 21,
Wherein the animal cells include animal myoblasts and animal adipocytes.
제 21항에 있어서,
상기 패턴화 스캐폴드 단위 블록에는 동물 근원세포를 접종하고, 평탄화 스캐폴드 단위 블록에는 동물 지방세포를 접종하는, 배양육 제조방법.
According to claim 21,
A method for producing cultured meat, wherein animal myoblasts are inoculated into the patterned scaffold unit block, and animal adipocytes are inoculated into the flattened scaffold unit block.
제 21항에 있어서,
상기 패턴화 스캐폴드의 면적과 평탄화 스캐폴드의 면적의 비를 조절하여 근육세포 및 지방세포의 비율을 조절하는, 배양육 제조방법.
According to claim 21,
The cultured meat manufacturing method of controlling the ratio of muscle cells and fat cells by adjusting the ratio of the area of the patterned scaffold and the area of the flattened scaffold.
제 21항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로부터 제조된 배양육.
Cultured meat prepared by the manufacturing method according to any one of claims 21 to 24.
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