Was ist tierische Zellkultur? Arten von Tierzellkulturen

Was ist tierische Zellkultur?

Was ist tierische Zellkultur?Die Tierzellkultur ist eine Art biotechnologischer Technik, bei der tierische Zellen in einer günstigen Umgebung künstlich gezüchtet werden.

  • Die in der tierischen Zellkultur verwendeten Zellen werden üblicherweise aus mehrzelligen Eukaryoten und deren etablierten Zelllinien gewonnen.
  • Die Tierzellkultur ist eine gängige und weit verbreitete Technik zur Isolierung von Zellen und deren Kultur unter künstlichen Bedingungen.
  • Diese Technik wurde als Labortechnik für bestimmte Studien entwickelt; es wurde jedoch seitdem entwickelt, um lebende Zelllinien als eine von der ursprünglichen Quelle getrennte Einheit zu erhalten.
  • Die Entwicklung tierischer Zellkulturtechniken ist auf die Entwicklung grundlegender Gewebekulturmedien zurückzuführen, die das Arbeiten einer Vielzahl von Zellen unter unterschiedlichen Bedingungen ermöglichen.
  • Die In-vitro-Kultur von isolierten Zellen von verschiedenen Tieren hat bei der Entdeckung verschiedener Funktionen und Funktionsweisen verschiedener Zellen geholfen.
  • Einige der Bereiche, in denen tierische Zellkulturen die meisten Anwendungen gefunden haben, umfassen die Krebsforschung, die Impfstoffherstellung und die Gentherapie.
  • Das Wachstum tierischer Zellen auf künstlichen Medien ist schwieriger als das Züchten von Mikroorganismen auf künstlichen Medien und erfordert daher mehr Nährstoffe und Wachstumsfaktoren.
  • Fortschritte bei den Kulturmedien haben es jedoch ermöglicht, sowohl undifferenzierte als auch differenzierte Zellen auf künstlichen Medien zu kultivieren.
  • Tierische Zellkulturen können von Zellen unterschiedlicher Komplexität durchgeführt werden, da komplexe Strukturen wie Organe auch verwendet werden können, um eine Organkultur in vitro zu initiieren.
  • Je nach Zweck und Anwendung der Technik können Zellen, Gewebe oder Organe für den Kulturprozess verwendet werden.

Arten von Tierzellkulturen

Tierische Zellkulturen können in Abhängigkeit von der Anzahl der während des Prozesses auftretenden Zellteilungen in zwei verschiedene Gruppen eingeteilt werden;

Primäre Zellkultur

  • Die primäre Zellkultur ist die erste Kultur, die durch mechanische und chemische Desintegration oder enzymatische Verfahren direkt aus tierischem Gewebe gewonnen wird.
  • Die Zellen der primären Zellkultur sind langsam wachsende Zellen, die alle Eigenschaften des ursprünglichen Gewebes oder der ursprünglichen Zellen tragen.
  • Da diese Kulturen direkt aus dem Ursprung gewonnen werden, haben sie die gleiche Anzahl an Chromosomen wie die Originalzellen.
  • Primäre Zellkulturen werden durchgeführt, um das Wachstum von Zellen auf einem künstlichen Wachstumsmedium unter bestimmten Bedingungen zu erhalten und aufrechtzuerhalten.
  • Primäre Zellkulturen können subkultiviert werden, um andere Kulturen zu erhalten, die entweder unbegrenzt weiterwachsen oder nach einigen Subkulturen absterben.
  • Die anschließende Subkultur der primären Zellkultur führt zur Einführung von Mutationen in die Zellen, die zu Zelllinien führen können.
  • Die Morphologie der Zellen in den primären Zellkulturen kann unterschiedlich und vielfältig sein, wobei die am häufigsten beobachteten morphologischen Strukturen der Epitheltyp, Epitheloidtyp, Fibroblastentyp und Bindegewebstyp sind.
  • Primäre Zellkulturen sind schwer zu erhalten und haben in der Regel eine kürzere Lebensdauer. Außerdem sind diese anfällig für eine Kontamination durch Bakterien und Viren.
  • Die Zunahme der Zellzahlen in der primären Zellkultur kann zu einer Erschöpfung des Substrats und der Nährstoffe führen, was die Zellaktivität beeinträchtigt.
  • Normalerweise müssen primäre Zellkulturen subkultiviert werden, um ein kontinuierliches Zellwachstum aufrechtzuerhalten, sobald sie das Konfluenzstadium erreicht haben.

Primäre Zellkulturen können in Abhängigkeit von der Art der in der Kultur vorhandenen Zellen weiter in zwei Gruppen unterteilt werden;

Verankerungsabhängige/adhärente Zellen

Die Zellen in der Kultur benötigen eine stabile biologisch inerte Oberfläche zum Anhaften und Wachstum.

Die Oberfläche sollte fest und ungiftig sein, da diese Zellen als Zellsuspensionen schwer zu züchten sind.

Diese Zellen werden normalerweise aus dem Gewebe von Organen gewonnen, wo die Zellen im Bindegewebe immobilisiert bleiben.

Beispiele für adhärente Zellen umfassen Nierenzellen und Maus-Fibroblasten-STO-Zellen.

Verankerungsunabhängige/ Hängezellen

  • Diese Zellen können als Zellsuspensionen effizient wachsen und benötigen keine feste Oberfläche zum Anheften.
  • Diese können auf flüssigen Medien kontinuierlich gezüchtet werden, um frische Subkulturen zu erhalten.
  • Die Fähigkeit der Zellen, als Suspension zu wachsen, hängt von der Quelle der Zellen ab, da Zellen, die als Suspensionen im Körper verbleiben, wirksame Suspensionszellen sind.
  • Beispiele für Suspensionszellen umfassen Blutzellen, die vaskulär sind und im Plasma suspendiert bleiben.

Sekundäre Zellkultur

  • Sekundäre Zellkulturen werden erhalten, nachdem die primären Zellkulturen anschließend über einen Zeitraum in frischem Kulturmedium subkultiviert wurden.
  • Die Zellen der sekundären Zellkulturen sind langlebig, da diese durch die Verfügbarkeit entsprechender Nährstoffe in regelmäßigen Zeitabständen eine höhere Lebensdauer haben.
  • Sekundäre Zellkulturen werden gegenüber primären Zellkulturen bevorzugt, da diese leichter verfügbar und leicht zu züchten und zu konservieren sind.
  • Diese werden durch die enzymatische Behandlung der anhaftenden Zellen gebildet, gefolgt von Waschen und Resuspendieren der Zellen in bestimmten Volumina frischer Medien.
  • Sekundäre Zellkulturen werden hergestellt, wenn die Anzahl der Zellen in der Primärkultur die Kapazität des Mediums übersteigt, das Wachstum zu unterstützen.
  • Sekundärkulturen helfen, eine optimale Zelldichte aufrechtzuerhalten, die für das weitere Wachstum erforderlich ist.
  • Die Zellen der sekundären Zellkultur ähneln möglicherweise nicht denen des Elterngewebes als Mutationen, und während des Subkulturprozesses können genetische Veränderungen eingeführt werden.
  • Die Zellen können transformiert werden, da die kontinuierliche Subkultur in einigen Fällen zu unsterblichen Zellen führen kann.
  • Das Risiko einer Kontamination durch Bakterien und Viren ist geringer, da sich die Zellen verwandeln und weniger anfällig für Infektionen werden.
  • Ein wichtiger Nachteil im Zusammenhang mit der sekundären Zellkultur besteht darin, dass die Zellen die Neigung zur Differenzierung über einen langen Zeitraum entwickeln und zu aberranten Zellen führen können.

Zelllinien

Eine Zelllinie ist eine Gruppe von Zellen, die aus der Subkultur einer Primärkultur gebildet wird, die aus einer reinen Zellkultur besteht. Zelllinien weisen normalerweise funktionelle Merkmale auf, die den Primärzellen nahe kommen, aber der Genotyp und Phänotyp der Zellen können modifiziert werden. Eine Zelllinie besteht aus mehreren Zelllinien mit ähnlichen oder unterschiedlichen Phänotypen.

Zelllinien können basierend auf den Wachstumsmustern der Zellen weiter in zwei Gruppen unterteilt werden;

Endliche Zelllinien

  • Finite Zelllinien sind Zelllinien, bei denen sich die Zellen in der Kultur eine begrenzte Anzahl von Malen teilen, wonach sie schließlich absterben.
  • Die Zellen in den endlichen Zelllinien können sich 20- bis 100-mal teilen, bevor sie schließlich sterben und sich nicht mehr teilen können.
  • Die Anzahl der Zellteilungen und die Lebensdauer hängen von einer Reihe von Faktoren ab, wie Unterschiede in der Zelllinie, Spezies, Kulturbedingungen und Medien.
  • Die Zellen der endlichen Zelllinien wachsen als adhärente Zellen auf festen Oberflächen.

Kontinuierliche Zelllinien

  • Kontinuierliche Zelllinien sind Zellen, die über nachfolgende Subkulturen ein unbegrenztes Wachstum zeigen.
  • Die Zellen in den kontinuierlichen Zelllinien wachsen schneller, um eine unabhängige Kultur zu bilden. Die Zellen sind unsterblich und können sich unbegrenzt teilen.
  • Die Zellen in den kontinuierlichen Zelllinien können durch genetische Veränderungen transformiert werden und sind zudem tumorerzeugend.
  • Die transformierten Zellen werden aus den normalen Primärzellkulturen nach Behandlung mit chemischen Karzinogenen oder durch Infektion mit onkogenen Viren gebildet.
  • Die Zellen können wachsen, um eine höhere Zelldichte herzustellen, und können als Suspensionen auf flüssigen Medien wachsen.
  • Diese Zellen können sogar übereinander wachsen und mehrschichtige Strukturen auf den Kulturgefäßen bilden.

Beispiele für gängige Zelllinien

Im Folgenden sind einige der gebräuchlichen Beispiele für Zelllinien aufgeführt;

  HeLa-Zelllinie

HeLa-Zellen sind eine der ersten kontinuierlich kultivierten humanen Zelllinien mit Hilfe von Zellen des Zervixkarzinoms.

Diese Zellen werden für Prozesse wie Viruskultivierung und präklinische Arzneimittelbewertung verwendet.

  HL 60 (Leukämie)

MCF-7 (Brustkrebszellen)

Verfahren oder Protokoll der Tierzellkultur

Wachstumsbedingungen

  • Die Tierzellkultur erfordert die Verwendung spezifischer Kulturmedien, die komplexer und spezifischer sind als die grundlegenden Kulturmedien, die für das mikrobielle Wachstum verwendet werden.
  • Einige der wichtigen Grundkomponenten der Medien sind anorganische Salze, Stickstoffquelle, Energiequelle, Vitamine, Fett und fettlösliche Vitamine, Wachstumsfaktoren und Hormone. In einigen Fällen werden auch pH-Puffersysteme und Antibiotika zugesetzt.
  • Die Temperatur für das Wachstum hängt von der Quelle der Zelle ab, da verschiedene Organismen unterschiedliche Temperaturen für das Zellwachstum und die Zellteilung benötigen.
  • Warmblüterzellen können bei 37°C als optimale Temperatur kultiviert werden, während Kaltblüter zwischen 15°C-25°C wachsen.

Primäre Zellkultur

  • Primäre Zellkulturen werden aus frischem Gewebe gewonnen, das mit Hilfe eines aseptischen Rasierers aus den Organen entfernt wird.
  • In einigen Fällen werden die Zellen durch die Verwendung von chemischen Desintegratoren oder proteolytischen Enzymen entfernt.
  • Die erhaltene Zellsuspension wird mit Pufferflüssigkeit gewaschen, um die proteolytischen Enzyme zu entfernen.
  • Die Zellsuspension wird auf eine ebene Fläche gegossen, die ein Kulturgefäß oder eine sterile Petrischale sein kann.
  • Die Zellen, die am Gefäßboden anhaften können, werden mit einem geeigneten Kulturmedium überschichtet und bei Raumtemperatur inkubiert.

Auftauen von Zellen

  • Bei nachfolgenden Subkulturen muss ggf. die konservierte Zellkultur verwendet werden.
  • Das Wasserbad wird auf eine Temperatur von 37 °C erhitzt und das Wachstumsmedium, auf dem die Zellen ausplattiert werden sollen, wird erwärmt.
  • Das warme Medium wird in das Kulturgefäß gegeben. Das Fläschchen mit den gefrorenen Zellen wird dann in das Wasserbad gestellt, bis es aufgetaut ist.
  • Nach dem Auftauen wird das Via außen mit 70 % Alkohol gewaschen. Die Zellsuspension wird in das Zellkulturgefäß pipettiert und vorsichtig geschwenkt, um alles zu vermischen.
  • Das Medium wird dann über Nacht unter den üblichen Wachstumsbedingungen inkubiert. Das Wachstumsmedium wird am nächsten Tag ersetzt.

Trypsinierende Zellen

  • Trypsinisierung ist die Methode, mit Hilfe proteolytischer Enzyme adhärente Zellen von der Oberfläche des Kulturgefäßes abzutrennen. Dies wird durchgeführt, wenn die Zellen zum Passieren, Zählen oder zu anderen Zwecken verwendet werden sollen.
  • Das Medium wird entfernt und die Zellen werden gewonnen. Anschließend werden die Zellen mit Phosphatpuffer gewaschen.
  • Dem Gefäß wird warmes Trypsin-EDTA zugesetzt, um die Monoschicht zu bedecken. Das Gefäß kann geschaukelt werden, um sicherzustellen, dass die Monoschicht beschichtet ist.
  • Das Gefäß wird in einem CO2-Inkubator bei 37 °C für 1-3 Minuten inkubiert.
  • Das Gefäß wird aus dem Inkubator genommen und der Kolben mit der Handfläche fest an der Seite angeklopft, um das Ablösen zu erleichtern.
  • Sobald die Zellen abgelöst sind, werden sie in einem geeigneten Wachstumsmedium, das eine gewisse Menge Serum enthält, resuspendiert.
  • Anschließend werden die Zellen mit Hilfe von Spritzennadeln durch Aufbrechen der Zellklumpen abgetrennt und entsprechend verwendet.

Anwendungen der Tierzellkultur

Das Folgende sind einige der Anwendungen der Tierzellkultur;

Herstellung von Impfstoffen

  • Die Tierzellkultur ist eine wichtige Technik, die für die Entwicklung der viralen Impfstoffproduktion verwendet wird.
  • Die Technik wurde für die Entwicklung eines rekombinanten Impfstoffs gegen Hepatitis B und Poliovirus verwendet.
  • Immortalisierte Zelllinien werden für die großtechnische oder industrielle Produktion viraler Impfstoffe verwendet.

Rekombinante Proteine

  • Tierische Zellkulturen können auch zur Herstellung rekombinanter therapeutischer Proteine wie Zytokine, hämatopoetische Wachstumsfaktoren, Wachstumsfaktoren, Hormone, Blutprodukte und Enzyme verwendet werden.
  • Einige der üblichen tierischen Zelllinien, die für die Produktion dieser Proteine verwendet werden, sind Babyhamsternieren und CHO-Zellen.

Modellsysteme

  • Aus Zellkulturen gewonnene Zellen können als Modellsystem für Studien in Bezug auf Zellbiologie, Wirt-Pathogen-Interaktionen, Wirkungen von Arzneimitteln und Wirkungen aufgrund von Veränderungen in der Zellzusammensetzung untersucht werden.

Krebsforschung

  • Tierzellkulturen können verwendet werden, um die Unterschiede zwischen Krebszellen und normalen Zellen zu untersuchen, da auch Krebszellen kultiviert werden können.
  • Die Unterschiede erlauben genauere Studien zu den möglichen Ursachen und Wirkungen verschiedener krebserregender Stoffe.
  • Normale Zellen können durch die Verwendung bestimmter Chemikalien, Viren und Strahlung zur Bildung von Krebszellen kultiviert werden.
  • Krebszellen können auch als Testsysteme für Studien zur Wirksamkeit von Arzneimitteln und Techniken zur Krebsbehandlung verwendet werden.

Herstellung von Biopestiziden

  • Tierische Zelllinien wie Sf21 und Sf9 können aufgrund ihrer schnelleren Wachstumsrate und höheren Zelldichte für die Produktion von Biopestiziden verwendet werden.
  • Organismen wie Baculovirus können auch durch tierische Zellkulturen hergestellt werden.

Vorteile der Tierzellkultur

Das Folgende sind einige der Vorteile der Tierzellkultur;

  • Die Zellkultur ist anderen ähnlichen biotechnologischen Ansätzen überlegen, da sie die Veränderung verschiedener physiologischer und physiobiologischer Bedingungen wie Temperatur, pH und osmotischer Druck ermöglicht.
  • Tierische Zellkulturen ermöglichen Studien zum Zellstoffwechsel und zum Verständnis der Biochemie von Zellen.
  • Es ermöglicht auch die Beobachtung der Auswirkungen verschiedener Verbindungen wie Proteine und Medikamente auf verschiedene Zelltypen.
  • Die Ergebnisse aus tierischen Zellkulturen sind konsistent, wenn ein einzelner Zelltyp verwendet wird.
  • Die Technik ermöglicht auch die Identifizierung verschiedener Zelltypen anhand des Vorhandenseins von Markern wie Molekülen oder durch Karyotypisierung.
  • Die Verwendung von tierischen Zellkulturen für Tests und andere Verfahren verhindert den Einsatz von Tieren in Experimenten.
  • Tierische Zellkulturen können für die Produktion großer Mengen an Proteinen und Antikörpern verwendet werden, die ansonsten hohe Investitionen erfordern würden.

Nachteile der Tierzellkultur

Obwohl die Tierzellkultur als technologisch fortschrittliches Verfahren verwendet wurde, sind mit diesem Ansatz einige Nachteile verbunden.

  • Es handelt sich um eine spezielle Technik, die geschultes Personal und aseptische Bedingungen erfordert. Die Technik ist ein teures Verfahren, da sie teure Ausrüstung erfordert.
  • Die anschließende Subkultur der Zellkultur könnte zu differenzierten Eigenschaften im Vergleich zum ursprünglichen Stamm führen.
  • Das Verfahren produziert eine winzige Menge an rekombinanten Proteinen, was die Kosten des Verfahrens weiter erhöht.
  • Eine Kontamination mit Mykoplasmen und Virusinfektionen kommt häufig vor und ist schwer zu erkennen und zu behandeln.
  • Die mit dieser Technik hergestellten Zellen führen aufgrund des Auftretens einer aneuploidien chromosomalen Konstitution zu Instabilität.

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