Zellkultur

Unter einer Zellkultur versteht man die Kultivierung einer Zellpopulation außerhalb eines Organismus ("in vitro") unter kontrollierten Bedingungen.

Im Jahre 1885 gelang es dem deutschen Forscher Wilhelm Roux erstmals embryonale Hühnerzellen außerhalb des Organismus einige Tage am Leben zu erhalten, indem er sie in eine Salzlösung gab. In den Jahren 1951/1952 wurde erstmals aus menschlichen Zellen eine dauerhafte Zelllinie außerhalb des Organismus angelegt. Dies waren die sogenannten HeLa-Zellen. Sie stammen aus dem Zervixkarzinom einer US-amerikanischen Frau namens Henrietta Lacks, welche einige Monate später verstarb. Die besagten Zellen werden jedoch noch heute in unzähligen Labors der Welt kultiviert und zu verschiedenen Zwecken verwendet. Zellkulturen werden seit den 1950er Jahren als Standard in biologischen und medizinischen Laboren verwendet und sind aus der heutigen Wissenschaft nicht mehr wegzudenken.

Zellkulturen lassen sich in zwei Kategorien einteilen:

• adhärente Zellkulturen
• nicht adhärente Zellkulturen

Adhärente Zellen heften sich bei der Proliferation an die Oberfläche des Kulturgefäßes an. Dazu zählen zum Beispiel Epithelzellen, Endothelzellen, Fibroblasten oder Knorpelzellen. Nicht adhärente Zellen können hingegen flotierend in einer Suspensionskultur gehalten werden, zum Beispiel Lymphozyten.

Das Nährmedium für eine Zellkultur muss so beschaffen sein, dass es den Zellen Wachstum, Proliferation und Differenzierung ermöglicht, sowie idealerweise die Ausübung typischer Zellfunktionen. Die genaue Zusammensetzung ist daher stark vom Zelltyp abhängig. Typische Basalmedien setzen sich in der Regel aus Aminosäuren, Vitaminen, anorganischen Salzen und Puffergemischen zusammen. Darüber hinaus wird ihnen Glutamin als Kohlenstoffquelle zugesetzt.

Neben diesen Grundelementen enthalten die Nährmedien Serum, z.B. fetales Kälberserum, das wachstumsfördernde Substanzen wie Hormone, Proteine, Lipide und Spurenelemente enthält. Ferner werden dem Medium Farbindikatoren (z.B. Phenolrot) für die Kontrolle des pH-Werts und nach Bedarf Antibiotika beigegeben. Die Vermehrung der Zellen findet bei 37°C mit einer Atmosphäre von 5% CO₂ in speziellen Inkubatoren statt.

Zellkulturen werden für unterschiedlichste Zwecke eingesetzt, besonders für Forschung und Entwicklung aber auch für die Diagnostik.

Viele der heute standardmäßig in der Medizin verwendeten Proteine zur Behandlung werden in Zellkulturen hergestellt. Komplexere Proteine müssen in Zellkulturen hergestellt werden, da nur hier die richtigen Glykosylierungen erfolgen.

In der Diagnostik können beispielsweise potentiell pathogene Bakterien auf eine Zellkultur aufgebracht und zum Wachsen gebracht werden. Haben sie sich zahlreich vermehrt, können sie genauer untersucht werden.