Zellwachstum & -erhaltung

Phasen des Zellwachstums

Die Sicherstellung eines adäquaten Zellwachstums ist entscheidend für die Erfassung genauer Daten aus Zellkulturstudien. Die Zellzahl kann mit einem Hämozytometer oder einem automatisierten Zellzähler bestimmt werden, der genauere Zellzahlen liefert.

Das Zellwachstum in der Kultur verläuft im Allgemeinen in vier Phasen:

1. Anlaufphase (Lag) - Die Zellen passen sich an die Kulturbedingungen an und teilen sich nicht.
2. Exponentielle Phase (Log) - Die Zellen teilen sich aktiv, sodass dies die beste Phase ist, um das Populationswachstum zu bewerten oder Daten zu sammeln. Die späte Log-Phase ist der beste Zeitpunkt für das Passagieren (Subkultivierung) von Zellen.
3. Stationäre Phase - Das Zellwachstum verlangsamt sich mit dem Erreichen einer 100%igen Konfluenz. In dieser Phase sind die Zellen am anfälligsten für Stress oder Verletzungen, da sich zellulärer Abfall ansammelt und die Ressourcen erschöpft sind.
4. Absterbephase - Die Population der lebenden Zellen nimmt ab, da der Zelltod überwiegt.

Zellkulturmedien, Supplemente und Reagenzien

Gezüchtete Zellen benötigen für ihr Wachstum eine Versorgung mit Nährstoffen. Säugerzellkulturmedien müssen einen physiologischen pH-Wert aufrechterhalten und darüber hinaus ein ausgewogenes Verhältnis an Salzen, Kohlenhydraten, Aminosäuren, Vitaminen, Fettsäuren und Lipiden, Proteinen und Peptiden, Spurenelementen und Wachstumsfaktoren enthalten. Fötales Rinderserum (FBS) ist der am häufigsten verwendete Wachstumszusatz für die Säugerzellkultur, da es viele dieser wesentlichen Zellnährstoffe enthält und nachweislich das Wachstum von Zellen und Geweben in der Kultur fördert. Für Anwendungen, die definierte Medien oder reduzierte tierische Bestandteile erfordern, bieten sich xenofreie Medienformulierungen mit bekannter Zusammensetzung frei von tierischen Bestandteilen an.

Da Medien und Supplemente oft reichhaltige Nährstoffe für das Wachstum opportunistischer Mikroben liefern, sind aseptische Verfahren für eine erfolgreiche Zellkultur sowie die regelmäßige Kontrolle erforderlich, um sicherzustellen, dass keine Verunreinigungen vorhanden sind, die zum Zelltod führen oder das in-vivo-ähnliche Wachstum beeinträchtigen können. Bei häufig auftretenden, mikroskopisch nicht erfassbaren mikrobiellen Verunreinigungen schützt ein Routine-Screening mit Reagenzien zum Nachweis von Mykoplasmen die Kulturen und die Umgebung der Gewebevermehrung.  

Hefekulturen wie S. cerevisiae und P. pastoris (Pichia) werden in der Forschung häufig für Untersuchungen der rekombinanten Protein-Expression und Genfunktion verwendet. Wichtige Nährstoffe, die in der Regel in einem Hefenährmedium enthalten sind, sind Pepton, Hefeextrakt und Dextrose oder Glukose.

Tipps und Tricks für das Passagieren von Zellen

Zellkulturumgebungen und Kulturgefäße

Für die Kultivierung und Handhabung von Zellen werden sterile Einweg-Kunststoffbehälter verwendet, darunter Gewebekulturflaschen und Multiwell-Platten, serologische Pipetten, sterile Flaschenaufsatzfilter und sterile Spritzenvorsatzfilter. Gewebekulturflaschen und -platten aus Kunststoff werden in der Regel so behandelt, dass sie eine hydrophile Oberfläche aufweisen, die das Anhaften adhärenter Zellen erleichtert. Als Alternative zu 2D-Oberflächen bieten Platten auf Basis mikroporöser Membranen eine physiologischere Wachstumsumgebung für komplexe Zellassays wie Zellmigration, Zell-Zell-Kommunikation und Zellpolarisation.

Die kultivierten Zellen müssen bei einer Temperatur und in einer Gasumgebung gehalten werden, die diese Parameter entsprechend dem Organismus, aus dem sie stammen, nachbilden. Kulturgefäße, die Zellen und Medien enthalten, werden in der Regel in Inkubationsgeräten aufbewahrt, die eine genaue Kontrolle der Temperatur und der Gasgemische ermöglichen. Kleine Benchtop-Inkubationssysteme, in denen Mikrofluidik eingesetzt und die Bildgebung von Zellen in ununterbrochener Kultur ermöglicht wird, können jedoch die authentischsten Umgebungen für prädiktive In-vitro-Modelle bieten.