培养细胞来生产母乳,靠谱吗?比尔·盖茨可出手了!
Julia Sklar 2020-07-31
Biomilq 公司能解决母乳喂养难题吗?

编者按:

在几十万年的进化过程中,母乳已经进化成为了一种独特、复杂的液体,其中富含婴儿发育所需的营养。然而,当前的婴儿配方奶粉与母乳之间仍然存在巨大的差异。

那么,是否可以利用细胞在实验室里生产母乳或更接近母乳的物质?在实验室生产母乳会面临哪些挑战?

今天,我们特别编译了发表在 the Counter 杂志上的文章,共同关注一家致力于利用细胞产生母乳的初创公司。希望本文能给大家带来一些灵感。

实验室人工母乳VS 配方奶粉

Leila Strickland 刚做妈妈的时候,她难过地发现自己的母乳有限,无法满足她早产宝宝的需求。尽管令人沮丧,但是这样的经历在很多母亲身上上演。研究表明,一些母亲由于母乳不足不得不提前终止母乳喂养,而另一些母亲则由于生理原因无法仅靠母乳喂养婴儿。

(编者注:母乳喂养的限制条件很多,例如患有传染性疾病、炎症性疾病、慢性疾病、心理疾病以及有吸烟、喝酒、喝咖啡、吸毒等不良嗜好的母亲可能都不适合进行母乳喂养。)

作为一名细胞生物学博士,Strickland 想知道,在这种情况下,除了使用婴儿配方奶粉,是否还有其他东西可以帮助她。于是,在北卡罗来纳州的一个小实验室里,她开始培养产生母乳的细胞,即人类乳腺上皮细胞,想看看是否能在没有乳房的情况下,生产人源母乳。

2019 年 9 月,她与曾在通用磨坊(General Mills)工作的食品科学家 Michelle Eggers 共同创立了 Biomilq 公司。

几个月后,一项实验表明,她们的细胞培养物中至少含有乳糖和酪蛋白,这是母乳中的两个关键成分。虽然她们的产品还需达到其它的一些营养标准才能够商业化,但 Strickland 和 Eggers 认为这是她们走上成功道路的一个标志。

Biomilq 的尝试与那些试图在不饲养且不杀死牲畜的情况下,“种植”动物蛋白的公司的模式一致——这一领域被人们统称为“细胞农业(cellular agriculture)”。

乍一看,为婴儿重新配制一种液体似乎比在实验室培养肉类要容易一些,因为 Biomilq 公司既不需要面临人造牛排商一直难以突破的挑战——培育出具有骨骼和肌肉结构的复杂三维体,也不用担心质地或气味,还不用去应对根深蒂固的食物记忆或传统,更不用复制美德拉反应(肉被加热时,从粉红色变成棕色的变化)。

然而,实际上,在许多方面,生物工程母乳所面临的挑战远比实验室培养肉类面临的任何挑战都困难。

母乳是一种非常珍贵且复杂的物质,通常被称为“液体黄金”,也是地球上许多婴儿在最初六个月赖以生存的唯一食物来源。

经过几十万年的进化,母乳中富含了各种具有特殊作用的营养物质,这些物质会影响婴儿的身体和神经发育。不仅如此,母乳中还包含了一种“复制”了母亲免疫系统的可食用碳物质,这种物质可以在婴儿自身的免疫系统成熟之前保护他们。

或许上面的种种好处还不足以证明母乳的独特性,其实,母乳还是一种动态液体,它每分钟、每星期都在变化:在喂食快结束时,母乳中脂肪含量会有所增加,以向婴儿发出饱腹感的信号;在婴儿成长过程中,母乳中的营养物质也会随之发生变化。

母乳的成分甚至会因婴儿嘴里吐出的唾液而发生变化:在婴儿生病或需要略微不同的营养成分来改善其身体状况时,会通过唾液提醒母亲的身体改变母乳。

相比之下,在实验室里培养肉似乎是一个当代的古怪艺术项目,因为没有人必须吃肉,即使是那些喜欢吃肉的人也从不把肉作为他们唯一的营养来源。

Strickland 承认,Biomilq 公司可能永远无法完全复制真正的母乳所具有的特征,比如,免疫系统转移。这是一个比较个性化的特征,在实验室里无法做出一个标准版本:因为免疫特征来自父母的血液,而不是公司正在研究的乳腺细胞。换句话说,母乳中最令人向往的特性是两具身体之间复杂相互作用的结果,而不是母乳本身固有的成分。

因此,Strickland 和 Eggers 并没有把 Biomilq 公司未来的产品视为母乳的替代品,而是认为这一产品会比传统的配方奶粉更具优势。她们认为 Biomilq 公司的产品将会成为父母的新选择,因为她们的产品更能满足婴儿的需求,即使不是真正的母乳。

Biomilq 公司的联合创始人 Leila Strickland(左)和 Michelle Eggers(右)。Biomilq 公司是一家致力于利用细胞培养母乳的初创公司。

奶粉公司寻找新配方

目前,全球婴儿配方奶粉的产业价值已经高达 450 亿美元,预计到 2026 年,将增至 1030 亿美元。当前已有的这些奶粉产品往往以牛奶为基础,但牛奶一般用来喂养小牛的,因此,当用牛奶喂婴儿的时候,就会带来一系列营养方面和后续处理的挑战。

首先,牛奶中所含的蛋白质种类远远超过了人类婴儿所需的蛋白质,而且这些蛋白质与母乳中的差异很大。因此,为了让牛奶更符合婴儿的需求,婴儿配方奶粉公司不得不对原料进行大量的加工:去除不必要的蛋白质,以减少牛奶中的蛋白质含量;分解部分蛋白质,以便让人类婴儿更容易消化。

但是母乳与牛奶之间的营养差异并不仅限于蛋白质,母乳中富含对婴儿神经和视力发育至关重要的必需脂肪酸,但很遗憾,在牛奶中没有发现这些物质的大量存在。除此之外,牛奶中也没有发现有助于婴儿肠道健康的长链糖——低聚糖的大量存在。

长期以来,婴儿配方奶粉公司一直在向婴儿配方奶粉中添加健康脂肪,最近也开始向配方奶粉中添加母乳中 200 多种低聚糖中的 2 种低聚糖。尽管生产仍然困难,而且数量和种类有限,但是对于配方奶粉公司来说,已经是使出浑身解数,因为这些调整就会大大增加生产成本,并让生产程序变得更加繁琐。

除了这些物质,对于母乳中其它数以千计的独特分子,医学专家仍然不了解。这意味着,我们的配方奶粉中还需添加很多未知成分。

之前,科学家一直认为母乳低聚糖是母乳中非必需的附带成分,因为婴儿无法消化它们。然而,科学家们现在了解到,这些母乳低聚糖有助于改善婴儿肠道的 pH 值,帮助婴儿肠道中的健康细菌繁殖并抑制有害细菌。

配方奶粉生产商必须重视这一点,这个例子说明了他们要挑战的一个关键方向:在没有人完全了解母乳所有成分的情况下,你如何向奶粉中添加成分来模拟母乳呢?

康奈尔大学妇幼营养学教授 Kathleen Rasmussen 说:“母乳很复杂,比我们 40 年前想象的要复杂得多。我们目前还不清楚母乳中所有的成分,但是那些未知的成分一定都有相应的功能,虽然目前还说不清它们到底有多重要,但它们肯定是重要的。”

许多父母离开工作岗位,待在家里哺乳;还有许多父母回去工作,让保姆或其他人给婴儿喂配方奶。

Biomilq公司实验室生产母乳的进展

6 月 16 日,Biomilq 的联合创始人从比尔·盖茨的突破性能源风险投资公司获得了 350 万美元的 A 轮融资,他们希望自己的方法能超越现有的配方奶粉公司。

他们并不孤单,至少有一家公司——乌龟树实验室(Turtle Tree Labs)与他们并肩作战,他们都致力于利用细胞培养母乳,而且都依靠人类产母乳的细胞的内在机制进行实验。毕竟,这些细胞是专门被设计用来产生一种液体,其中含有许多几十年来逐渐被添加到配方奶中的成分,并且不含有多余成分。

Eggers 说:“我们喜欢说自己是细胞的守护者,数百万年来,这些细胞一直在产生人类所需的主要能源,它们令人叹服,数量众多,而且确实在进化中得到了优化。我们必须让这些细胞快乐,添加它们生长和产奶所需的物质,然后它们就可以自己去‘比赛’了。”

Biomilq 目前从美国模式培养物保藏所(American Type Culture Collection)购买现成的人类乳腺细胞(该公司的终极目标是想要建立属于自己公司的专利细胞系)。随后,该公司在 anmial-free 血清中培养这些细胞。

对于在实验室里培养肉的实验员来说,这可能是一个笨拙的方法,而且采用 animal-free 血清比标准的胎牛血清更贵,但最终,这一方法可能可以帮助实验室培养的母乳产品吸引到那些关心动物福利的父母。

之后,这些细胞被保存在一个生物反应器中,增殖并产生类似母乳的液体。

许多致力于在实验室培养肉的公司也采用类似过程,只是,这些细胞在生物反应器中生成的是肌肉组织,而不是类似乳汁的液体。

为了证明他们在实验室培养的细胞具有产生功能蛋白质和糖合成途径的基础(功能蛋白质和糖是人源母乳的重要组分),Biomilq 检测了其早期实验产品中是否含有酪蛋白和乳糖。

不过,由于疫情的爆发,许多实验室被迫关闭,因此,Biomilq 公司目前仍在等待相关质谱数据的公布。这些数据将提供早期实验产品中的所有分子,提供更多新见解,以了解 Biomilq 的实验产品与真正母乳间的差别。

Rasmussen 说:“可以生成生物大分子的细胞是一个很好的起点。如果成功的话,你会得到乳糖、独特的乳脂肪、独特的乳蛋白。”

然而,残酷的现实是,Biomilq 希望的产品永远无法完全接近母乳,因为母乳是一种动态液体(不仅仅是流动的,成分也是可变的)。

就拿母乳低聚糖来说,不同父母的血型决定了母乳中的低聚糖种类。所以 Biomilq 公司的产品中天然出现的糖将受到细胞捐献者的血型限制,但目前还不清楚这种个体的差异性是否对婴儿有影响。如果事实证明这种差异性存在影响的话,那么,该公司要想使其产品工业化,就必须先克服这种个性化差异。

而且该公司可能在一定程度上也需要依赖人工合成工艺来获得母乳,即使它依赖的程度没有配方奶粉公司那样深。

掀起热潮:母乳是最佳的?

对于 Biomilq 公司所采用的高科技解决方案来说,它的产品并不能从根本上解决一系列传统的社会问题,而正是这些问题使母乳喂养成为一种挑战。

许多使用配方奶粉的人也想要纯母乳喂养,但是由于一系列因素无法做到这一点,例如缺乏健康教育、医疗和社区支持不足、公共场所母乳喂养不断受到骚扰以及工作限制。

Rasmussen 说:“在良好的支持下,大部人确实能够为婴儿提供母乳喂养,然而事实上,我们的社会难以提供良好的支持。”

实验室生产母乳或许只是一个社会问题的资本主义解决方案:它无法真正解决当前父母喂养婴儿时陷入的困境,而只是在他们艰难喂养婴儿时提供了一种潜在的改良产品来帮助他们。

尽管如此,实验室生产母乳可能会给我们带来一种全新的复杂性观念,这可能是革命性的,因为实验室生产的母乳可能会掀起一波“母乳是最好的”的公共健康浪潮。

但是也有一些专家指出,它可能同时会带来残酷的负面影响:使那些由于受到生物学、经济或社会学限制必须使用配方奶的父母更加蒙羞。

对于父母来说,纯母乳喂养是一种巨大的压力,尽管现在还没有足够的证据表明,100%母乳喂养会给健康带来更好的结果。而且,这样做可能会给父母带来身体上、情感上和职业上的损失。

所以从这个角度来说,或许实验室培养母乳还是有好处的:它可能会打破人们的固化思想,使父母规避了在母乳与配方奶之间的选择难题,用一款介于二者之间的新产品作为父母的心理安慰剂,来减轻他们的心理负罪感。


原文链接:https://thecounter.org/biotech-breast-milk-infant-formula-biomilq/

作者 | Julia Sklar

编译 | 笑咲

审校 | 617

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