Was haben Wellen und Zellkultur miteinander zu tun?

Große Dinge werfen ihren Schatten voraus! Seltsame Muster im Kulturgefäß.

Zellen können in der Kultur aggregieren, Muster bilden oder ohne ersichtlichen Grund sterben. Gute Gründe sprechen für eine regelmäßige, fachkundige Inaugenscheinnahme des Zellwachstums auf der gesamten Wachstumsfläche. In erster Näherung ist es dabei gleich, ob es sich um Algen, Bakterien oder Säugerzellen handelt. Entscheidend ist, dass sie sich zu Beginn ihrer Kultur wenigstens eine gewisse Zeit homogen verteilt in Lösung / Suspension befanden.

Für die beobachteten Phänomene kann es viele Ursachen geben, aber an manche denkt man erst ganz zum Schluss. Viele Zelllinien, -arten wachsen bei einer bestimmten Zelldichte optimal. Wird diese Dichte wesentlich unterschritten, stellen sie ihre Teilungstätigkeit trotz optimalen Nährmediums ein. Im hier betrachteten Fall können zudem unvermutete Scherkräfte eine Rolle spielen.

Das Problem ist so alt, dass es heute wieder unbekannt erscheint. Die Firma Nunc gab seinerzeit ein Bulletin dazu heraus, das Thermofisher dankenswerterweise in seinen Bestand aufgenommen und als ApplicationNote im Internet veröffentlicht hat.

Hintergrund der Musterbildung ist die Ausbildung von Resonanzstrukturen durch stehende Wellen in der zweidimensionalen Kulturschale. Die Bildung der Muster ist demnach beeinflusst durch Steifigkeit, Geometrie, Frequenz und weitere physikalische Bedingungen. Angeregt wird die Schwingung zum Beispiel durch Vibrationen, die durch Pumpen, Lüfter, Zentrifugen im Brutschrank oder seiner unmittelbaren Nähe akustisch/mechanisch mit dem Brutschrank und mittelbar mit dem Kulturgefäß verbunden sind.

Leifiphysik erklärt die „stehende Welle“.

Während sich Zellen in den Resonanzknoten – also den ruhenden Punkten – sammeln und eine erhöhte loakle Zellkonzentration entsteht, können die intensiven Bewegungen und Druckunterschiede in den Maxima der Amplituden fatale Scherkräfte erzeugen. Zellen können aktiviert / angeregt, aber auch zerstört werden. Seltener dürfte es sich um einen geplanten und dokumentierten Zustand handeln. Die Reproduzierbarkeit von Ergebnissen kann gefährdet sein.

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