Einer der Hauptvorteile der Zellkultur ist die Möglichkeit, die physikalische Chemie der Zellreproduktion (z. B. Temperatur, pH-Wert, osmotischer Druck, O2- und CO2-Spannung) und die physiologische Umgebung (z. B. Hormon- und Nährstoffkonzentration) zu manipulieren.Zusätzlich zur Temperatur wird die Kulturumgebung durch das Wachstumsmedium gesteuert.
Obwohl die physiologische Umgebung einer Kultur nicht so klar ist wie ihre physikalische und chemische Umgebung, ist ein besseres Verständnis der Serumkomponenten, die Identifizierung der für die Proliferation erforderlichen Wachstumsfaktoren und ein besseres Verständnis der Mikroumgebung von Zellen in der Kultur erforderlich.(z. B. Zell-Zell-Interaktion, Gasdiffusion, Interaktion mit der Matrix) ermöglicht nun die Kultivierung bestimmter Zelllinien in serumfreien Medien.
1. Die Kulturumgebung beeinflusst das Zellwachstum
Bitte beachten Sie, dass die Zellkulturbedingungen für jeden Zelltyp unterschiedlich sind.
Die Folgen einer Abweichung von den für einen bestimmten Zelltyp erforderlichen Kulturbedingungen reichen von der Ausprägung abnormaler Phänotypen bis zum völligen Scheitern der Zellkultur.Daher empfehlen wir Ihnen, sich mit der Zelllinie, an der Sie interessiert sind, vertraut zu machen und die Anweisungen für jedes Produkt, das Sie in Ihrem Experiment verwenden, genau zu befolgen.
2.Vorsichtsmaßnahmen zur Schaffung einer optimierten Zellkulturumgebung für Ihre Zellen:
Kulturmedien und Serum (weitere Informationen siehe unten)
pH- und CO2-Werte (weitere Informationen siehe unten)
Plastik kultivieren (weitere Informationen siehe unten)
Temperatur (weitere Informationen siehe unten)
2.1 Kulturmedien und Serum
Das Kulturmedium ist der wichtigste Teil der Kulturumgebung, da es die für das Zellwachstum erforderlichen Nährstoffe, Wachstumsfaktoren und Hormone liefert und den pH-Wert und den osmotischen Druck der Kultur reguliert.
Obwohl die ersten Zellkulturexperimente mit natürlichen Medien durchgeführt wurden, die aus Gewebeextrakten und Körperflüssigkeiten gewonnen wurden, führten der Bedarf an Standardisierung, Medienqualität und die gestiegene Nachfrage zur Entwicklung definitiver Medien.Die drei grundlegenden Medientypen sind Basalmedien, Medien mit reduziertem Serumgehalt und serumfreie Medien und stellen unterschiedliche Anforderungen an die Serumergänzung.
2.1.1 Basismedium
Gibco-Zellkulturmedium
Die meisten Zelllinien wachsen gut in Basismedien, die Aminosäuren, Vitamine, anorganische Salze und Kohlenstoffquellen (z. B. Glukose) enthalten. Diese Basismedienformulierungen müssen jedoch mit Serum ergänzt werden.
2.1.2 Reduziertes Serummedium
Flasche mit Gibco Low Serum Medium
Eine weitere Strategie zur Reduzierung der nachteiligen Auswirkungen von Serum in Zellkulturexperimenten ist die Verwendung serumreduzierter Medien.Reduziertes Serummedium ist eine Grundmediumformel, die reich an Nährstoffen und tierischen Faktoren ist und die benötigte Serummenge reduzieren kann.
2.1.3 Serumfreies Medium
Flasche mit serumfreiem Gibco-Medium
Serumfreies Medium (SFM) umgeht die Verwendung von Tierserum, indem es Serum durch geeignete Ernährungs- und Hormonformulierungen ersetzt.Viele Primärkulturen und Zelllinien verfügen über serumfreie Mediumformulierungen, darunter die Produktionslinie für rekombinante Proteine aus dem Eierstock des Chinesischen Hamsters (CHO), verschiedene Hybridomzelllinien, die Insektenlinien Sf9 und Sf21 (Spodoptera frugiperda) sowie für den Wirt zur Virusproduktion (zum Beispiel 293, VERO, MDCK, MDBK) usw. Einer der Hauptvorteile der Verwendung eines serumfreien Mediums ist die Möglichkeit, das Medium durch Auswahl einer geeigneten Kombination von Wachstumsfaktoren selektiv für bestimmte Zelltypen zu machen.In der folgenden Tabelle sind die Vor- und Nachteile serumfreier Medien aufgeführt.
Vorteil
Erhöhen Sie die Klarheit
Konsistentere Leistung
Einfachere Reinigung und Weiterverarbeitung
Beurteilen Sie die Zellfunktion genau
Produktivität erhöhen
Bessere Kontrolle physiologischer Reaktionen
Verbesserte Erkennung von Zellmedien
Nachteil
Zelltypspezifische Anforderungen an die Mediumformel
Benötigen Sie eine höhere Reinheit der Reagenzien?
Verlangsamung des Wachstums
2.2.1 pH-Wert
Die meisten normalen Säugetierzelllinien wachsen gut bei pH 7,4 und die Unterschiede zwischen verschiedenen Zelllinien sind gering.Es wurde jedoch gezeigt, dass einige transformierte Zelllinien in einer leicht sauren Umgebung (pH 7,0 – 7,4) besser wachsen, während einige normale Fibroblastenzelllinien eine leicht alkalische Umgebung (pH 7,4 – 7,7) bevorzugen.Insektenzelllinien wie Sf9 und Sf21 wachsen am besten bei pH 6,2.
2.2.2 CO2-Gehalt
Das Wachstumsmedium kontrolliert den pH-Wert der Kultur und puffert die Zellen in der Kultur, um pH-Änderungen zu widerstehen.Normalerweise wird diese Pufferung durch die Verwendung organischer (z. B. HEPES) oder CO2-Bikarbonat-basierter Puffer erreicht.Da der pH-Wert des Mediums vom empfindlichen Gleichgewicht zwischen gelöstem Kohlendioxid (CO2) und Bicarbonat (HCO3-) abhängt, verändern Änderungen des atmosphärischen CO2 den pH-Wert des Mediums.Daher ist es bei der Verwendung eines Mediums, das mit einem CO2-Bicarbonat-basierten Puffer gepuffert ist, notwendig, exogenes CO2 zu verwenden, insbesondere bei der Kultivierung von Zellen in offenen Kulturschalen oder der Kultivierung transformierter Zelllinien in hohen Konzentrationen.Obwohl die meisten Forscher normalerweise 5–7 % CO2 in der Luft verwenden, werden bei den meisten Zellkulturexperimenten normalerweise 4–10 % CO2 verwendet.Allerdings hat jedes Medium eine empfohlene CO2-Spannung und Bikarbonatkonzentration, um den richtigen pH-Wert und osmotischen Druck zu erreichen;Weitere Informationen finden Sie in den Anweisungen des Medienherstellers.
2.3 Kunststoffanbau
Zellkulturkunststoffe sind in verschiedenen Formen, Größen und Oberflächen erhältlich, um für verschiedene Zellkulturanwendungen geeignet zu sein.Nutzen Sie den Leitfaden zur Zellkultur-Kunststoffoberfläche und den Zellkulturbehälter-Leitfaden weiter unten, um Ihnen bei der Auswahl des richtigen Kunststoffs für Ihre Zellkulturanwendung zu helfen.
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2.4 Temperatur
Die optimale Temperatur für die Zellkultur hängt zu einem großen Teil von der Körpertemperatur des Wirts ab, aus dem die Zellen isoliert werden, und zu einem geringeren Teil von den anatomischen Temperaturänderungen (z. B. kann die Hauttemperatur niedriger sein als die der Skelettmuskulatur). ).Für Zellkulturen ist Überhitzung ein schwerwiegenderes Problem als Überhitzung.Daher wird die Temperatur im Inkubator meist etwas unterhalb der optimalen Temperatur eingestellt.
2.4.1 Optimale Temperatur für verschiedene Zelllinien
Die meisten Zelllinien von Menschen und Säugetieren werden für ein optimales Wachstum bei 36 °C bis 37 °C gehalten.
Für ein optimales Wachstum werden Insektenzellen bei 27 °C kultiviert;Bei niedrigeren Temperaturen und Temperaturen zwischen 27°C und 30°C wachsen sie langsamer.Über 30 °C nimmt die Vitalität der Insektenzellen ab, selbst wenn die Temperatur wieder auf 27 °C sinkt, erholen sich die Zellen nicht.
Vogelzelllinien benötigen 38,5 °C, um maximales Wachstum zu erreichen.Obwohl diese Zellen bei 37 °C gehalten werden können, wachsen sie langsamer.
Zelllinien, die von Kaltblütern (z. B. Amphibien, Kaltwasserfische) stammen, können einen weiten Temperaturbereich von 15 °C bis 26 °C vertragen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 01.02.2023