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Zellanalyse

Modifizierte Oberflächen optimieren Zellanalyse

17.09.2008 | Autor / Redakteur: Lara Marchetti* / Ilka Ottleben

Abb. 1: Proliferation: CHO- und SKNMC-Zellen wurden in einer 96-Well-Platte ausgesät, für 72 Stunden kultiviert (37 °C, 5% CO2) und daraufhin mit Kristallviolett gefärbt. Aufgrund der gesteigerten Proliferation erreichen beide Zelllinien auf der Oberfläche Advanced TC höhere Zelldichten.
Abb. 1: Proliferation: CHO- und SKNMC-Zellen wurden in einer 96-Well-Platte ausgesät, für 72 Stunden kultiviert (37 °C, 5% CO2) und daraufhin mit Kristallviolett gefärbt. Aufgrund der gesteigerten Proliferation erreichen beide Zelllinien auf der Oberfläche Advanced TC höhere Zelldichten.

Zellbasierte Analyseverfahren helfen dabei, pharmazeutische Wirkstoffe zu untersuchen, toxikologische Studien durchzuführen oder bestimmte Krankheitsmodelle zu erforschen. Neue Zellkulturgefäße mit speziell modifizierter Oberfläche machen diese Analyseverfahren jetzt zuverlässiger und wirken sich positiv auf die Funktionalität der Zellen aus.

Die Biotechnologie ist eine der Schlüsselwissenschaften des 21. Jahrhunderts. Sie kombiniert die Fachgebiete der Genetik, Molekularbiologie, Biochemie und Zellbiologie und wird daher häufig als Lebenswissenschaft bezeichnet. Einer der Schwerpunkte der biotechnologischen Forschung liegt in der Nutzung biochemischer und zellbasierter Analyseverfahren. Letztere ermöglichen die Untersuchung vielversprechender pharmazeutischer Wirkstoffe, toxikologische Studien oder die Erforschung bestimmter Krankheitsmodelle. Sie basieren auf der Kultivierung so genannter immortalisierter Zelllinien, Primärzellen oder mehrschichtigen Gewebemodellen. Die Expansion und der Erhalt dieser Zellen und Gewebe in vitro sind jedoch nicht trivial. Zellen vielzelliger Organismen sind in vivo in dreidimensionalen Strukturen der extrazellulären Matrix (EZM) der umgebenden Zellen eingebettet. Diese bietet nicht nur mechanischen Halt, sondern vermittelt ebenso eine Vielzahl biochemischer Signale, die für die Proliferation und den Erhalt der Zelle von großer Bedeutung sind. In vitro erfolgt die Kultivierung der Zellen meist in zweidimensionaler Kultur auf Kunststoffoberflächen. Daher fehlen in diesem System entscheidende, zellerhaltende Signale.

Limitierungen zellbasierter Analyseverfahren

Den Medien immortalisierter Zelllinien wird daher häufig fötales Kälberserum (FCS) zugesetzt. FCS enthält unterschiedlichste Wachstumsfaktoren, die die Expansion der Zellen unterstützen. Zeitgleich werden im FCS enthaltene Proteine an die Kunststoffoberfläche des Kultivierungsgefäßes gebunden. Dadurch entsteht eine EZM-ähnliche Oberfläche, die die Adhäsion der Zellen fördert. Aufgrund des biologischen Ursprungs variiert die Zusammensetzung des Serums jedoch von Charge zu Charge und die Zugabe birgt stets ein Kontaminationsrisiko. Aus den genannten Gründen strebt insbesondere die pharmazeutische und biotechnologische Industrie die Kultivierung der Zellen ohne oder nur mit geringen Serumkonzentrationen an. Diese limitierenden Wachstumsbedingungen führen jedoch aufgrund der mangelnden Proteinbindung an der Kunststoffoberfläche zu einer verminderten Primäradhäsion der Zellen sowie aufgrund der fehlenden Wachstumsfaktoren zu einer verlangsamten Vermehrung der Zellen.

Primäre Zellen werden direkt aus einem Gewebe isoliert und besitzen meist nur eine begrenzte Lebensdauer. Sie reagieren sehr viel ursprünglicher als immortalisierte Zelllinien und entsprechen daher eher der Reaktion im Organismus. Primäre Zellen benötigen jedoch eine in-vivo-ähnliche Umgebung. Daher ist ihre Kultivierung sehr komplex und erfordert die Adaption der Medienzusammensetzung oder der entsprechenden Kultivierungsoberfläche.

 

Zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten

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