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Der Artikel Zellkultur gehört zur Kategorie: Zellbiologie
Eine Zellkultur ist die Kultivierung tierischer oder pflanzlicher Zellen in einem Nährmedium außerhalb des Organismus. Als Zelllinie bezeichnet man Zellen, die sich im Lauf dieser Zellkultur auf entsprechendem Nährboden unbegrenzt fortpflanzen können. Es werden sowohl immortalisierte (unsterbliche) Zelllinien als auch Kulturen, die nur eine begrenzte Lebensdauer haben (Primärkulturen), verwendet. Als Primärkultur bezeichnet man eine nicht immortalisierte Zellkultur, die direkt aus einem Gewebe gewonnen wurden. Zellkulturen finden breite Verwendung in der biologischen und medizinischen Forschung, Entwicklung und Produktion.
Geschichte
Seit den Anfängen der naturwissenschaftlichen Forschung gab es Bestrebungen, Zellen und Gewebe auch außerhalb eines Organismus am Leben zu erhalten, um sie so nähergehend untersuchen zu können. Wilhelm Roux gelang es erstmals 1885, embryonale Hühnerzellen für mehrere Tage in einer Salzlösung am Lebens zu erhalten und so dass grundlegende Prinzip zu demonstrieren. Im Jahr 1913 zeigte Alexis Carrel, dass Zellen auch länger in Zellkultur wachsen können, insofern sie gefüttert und aseptisch gehalten werden.In den Jahren 1951/1952 wurde erstmals eine unsterbliche menschliche Zelllinie aus einem Cervixkarzinom etabliert, welche später unter dem Namen HeLa bekannt wurde. In den folgenden Jahrzehnten wurden insbesondere Nährmedien, Wachstumsfaktoren und Bedingungen weiterentwickelt und neue Zelllinien etabliert. César Milstein und Georges Köhler entdeckten 1975 die Möglichkeit zur Bildung monoklonaler Antikörper durch Zellfusion von Lymphozyten mit Krebszellen. Weiterhin wurde in diesen Jahren Methoden zur gezielten Einführung und Expression von Genen in Zellen, die sogenannte Transfektion, entwickelt Landmarks.
Körperzellen, die noch nicht ausdifferenziert sind - sogenannte Stammzellen, wurden erstmals 1981 aus Blastozysten einer embryonalen Maus isoliert. Sie neigen in vitro dazu, spontan zu differenzieren. Dies kann durch Faktoren unterbunden werden, welche die Selbsterneuerung der Zellen fördern. Mehrere solcher Stoffe wurden seit Ende der 1980er Jahre identifiziert. Die Forschung in diesem Feld konzentriert sich derzeit auf die Kultivierung und gezielte Ausdifferenzierung von sowohl embryonalen als auch adulten Stammzellen.
Ablauf
Das Anlegen von Primärkulturen kann aus unterschiedlichen Geweben erfolgen, beispielsweise aus ganzen Embryonen oder einzelnen Organen wie Haut, Niere usw. Das Gewebe wird mit einer Protease, beispielsweise Trypsin, behandelt, die die Proteine abbaut, die den Zellverband aufrechterhalten. Dadurch werden die Zellen vereinzelt. Durch Zugabe von Wachstumsfaktoren können gezielt manche Zelltypen zur Teilung angeregt werden.Die einem tierischen oder humanen Gewebe entnommenen Tumorzellen werden nach anfänglichem Wachstum auf einem Nährboden durch Analyse von Oberflächenantigenen (Immunzytologie) oder des Genoms (PCR und Sequenzierung)analysiert und ausgewählt, um dann einen großen Tumorzellklon in Kultur zu bringen. Die Zellen können auch durch Einschleusung eines Plasmids als Vektor genetisch verändert werden. Von der Stammkultur (stock) werden Zellen abgenommen und in flüssigem Stickstoff tiefgekühlt und stehen so dem Versand an andere Forschungseinrichtungen zur Verfügung.
Die meisten Zelllinien besitzen eine eingeschränkte Lebensdauer, mit Ausnahme von einigen von Tumoren abstammenden Zellen. Nach einer bestimmten Anzahl von Verdopplungen gehen diese Zellen in die Seneszenz und teilen sich nicht mehr. Etablierte oder unsterbliche Zelllinien haben die Fähigkeit erlangt, sich unendlich zu teilen - entweder durch zufällige Mutation (in Tumorzellen), oder durch gezielte Veränderung (beispielsweise durch die künstliche Expression des Telomerase-Gens).
Man unterscheidet auch adhärent (auf Oberflächen) wachsende Zellen, beispielsweise Fibroblasten, Endothelzellen, Knorpelzellen, und Suspensionszellen, die frei im Nährmedium schwimmend wachsen, wie zum Beispiel Lymphozyten. Die Kulturbedingungen unterscheiden sich stark zwischen den einzelnen kultivierten Zelllinien. Die verschiedenen Zelltypen bevorzugen dabei unterschiedliche Nährmedien, die spezifisch zusammengestellt werden, beispielsweise der pH, der Anteil an Aminosäuren oder Nährstoffen. In der Regel wachsen Zellinien bei 37°C mit einer Atmosphäre von 5% CO2 in speziellen Inkubatoren. Je nach Teilungsrate und Dichte der Zellen werden die Zellverbände alle paar Tage gelöst und auf neue Gefäße verteilt ("splitting" genannt).
Anwendung
Zellkultur findet besonders in Forschung und Entwicklung breite Anwendung. Der Stoffwechsel, die Teilung und viele weitere zelluläre Prozesse können so in der Grundlagenforschung untersucht werden. Weiterhin werden kultivierte Zellen als Testsysteme eingesetzt, beispielsweise bei der Untersuchung der Wirkung von Substanzen auf die Signaltransduktion und Toxizität der Zelle. Hierbei wird auch die Anzahl von Tierversuchen drastisch reduziert.
Für die Herstellung von etlichen biotechnischen Produkten haben Zellkulturen ebenfalls hohe Bedeutung. Beispielsweise werden monoklonale Antikörper für Forschung und therapeutische Anwendung in der Medizin mittels Zellkultur hergestellt. Obwohl einfache Proteine mit weniger Aufwand auch in Bakterien produziert werden können, müssen komplexere Proteine in der Zellkultur hergestellt werden, da nur hier die passenden Glykolisierungen der Proteine erfolgt. Ein Beispiel hierfür ist Erythropoietin (EPO). Auch viele Impfstoffe werden in der Zellkultur hergestellt.
Zellkultur-Linien
- HeLa-Zellen - Cervix-Karzinom Zelllinie
- COS-Zellen
- HEK-293 Zellen - Niere (original HEK-Linie war mit HeLa verunreinigt)
- Chinese Hamster Ovary (CHO) Zellen
- SF-9-Zellen - Insektenzellen
- Peer-Zellen
- U87 - Glioblastom
- NIH-3T3 (Maus-Fibroblast)
Referenzen
simple:Cell culture
Diskussion der Autoren über den Artikel: Zellkultur
Der Artikel ist für den Laien unverständlich, da er zu viele erklärunsbedürftige Begriffe enthält. "Unverständlich" Baustein gesetzt CJa 11:30, 17. Apr 2005 (CEST)
- Habe die Einleitung des Artikels ,hoffentlich laiengerechter, umformuliert und den "Unverständlich" Baustein gelöscht. CJa 11:20, 18. Apr 2005 (CEST)
== Primärkultur != Zelllinie? == Wenn ich mich richtig erinnere ist eine Zellline per Definition immortal. Eine Primärkultur wäre somit keine Zelllinie. Oder? Ich werd das die Tage noch mal nachgucken, falls mich hier keiner überzeugt ;-) Gruß Gorwin 01:13, 26. Mai 2005 (CEST)
- Danke für den Hinweis! Das war ein Fehler. Nina 10:51, 26. Mai 2005 (CEST)
