Zellkultur

Gründe für die Kultur von Zellen

  • Bei der Untersuchung der Toxizität von Stoffen ersetzt die Zellkultur heute oft das lebende Tier. Ersatzmethoden zum Tierversuch werden seit 40 Jahren erforscht.
  • Ersatzorgane aus körpereigenen Zellen werden nicht als „fremd“ erkannt und abgestoßen. Die Gewinnung von körpereigenen Zellen zum Beispiel Epithelzellen der Blase, die mit jedem Urin abgesetzt werden, lässt eine nichtinvasive Technik zur Herstellung von Organoiden zu. Die abgestoßenen Epithelzellen werden reembryonalisiert / zu einer Form von Stammzellen umprogrammiert, aus denen durch gezielte Stimulation organisierte Zellklümpchen werden, die die Funktion zum Beispiel von Nebenniere oder endokrinem Pankreas übernehmen können.
  • Herzklappen aus körpereigenen Zellen oder sogar schlagende Herzzellen lassen sich herstellen (Video links).
  • Durch die Herstellung von Kunstsamen lassen sich unabhängig von Jahreszeiten sehr schnell Pflanzen vermehren (Video rechts).
Video links

Video rechts

Gründe gegen die Kultur von Zellen

  • Die ungeschlechtliche Vermehrung von Pflanzen umgeht mit der Meiose eine wesentliche Option zur Anpassung von Spezies an neue / geänderte Umweltbedingungen. Die genetische Vielfalt nimmt ab und damit der mögliche Schaden durch einzelne Schadorganismen zu.
  • Für den 3D-Druck eines zum Beispiel menschlichen Organs oder auch nur zur Herstellung Organoiden werden viele Zellen benötigt, was lange Kulturzeiten und damit lange Interaktionszeiten mit möglicherweise schädigenden Einflüssen bedeutet. Mitochondriale Erschöpfung (durch Ansammlung von Mutationen), Viren und Prionen aus Zellkulturmbestandteilen sind mögliche Gefahren.
  • Epigenetische Einflüsse werden hingenommen beginnend bei der IVF bis zur Stammzellspende.
  • Toxikologischer Untersuchungen mittels Zellkulturen ergeben teils fragwürdige Ergebnisse. Einige im Tier / Mensch toxisch wirkende Stoffe zeigen sich zunächst ungefährlich, erfahren jedoch eine toxikologische Potenzierung durch Metabolisierung.
  • Natürliche Zellen kommen im Verbund vor und sind meist in irgendeiner Form richtungsmäßig orientiert. Zellen in Suspension bilden keine natürlichen Gewebe ab.

Die Abwägung ist für konkrete Fälle stets neu zu treffen. Es bleibt jedoch Fakt, dass eine aus körpereigenen Zellen neuentstandene Niere, Herzklappe, Bauchspeicheldrüse nicht wesentlich älter als der Spender der Zellen werden muss, dass geeignete Spenderorgane fehlen und auch ihre Risiken mitbringen, dass klimaangepasste, resistente Neuzüchtungen möglichst schnell vermehrt werden sollten, um dem Klimawandel begegnen zu können. Mit geeigneten Strategien ist den meisten Risiken zu begegnen.

Bones of cattle on a farm in Namibia.jpg
Von <a href=“//commons.wikimedia.org/wiki/User:Olga_Ernst“ title=“User:Olga Ernst“>Olga Ernst</a> – <span class=“int-own-work“ lang=“de“>Eigenes Werk</span>, CC BY-SA 4.0, Link

Zellkulturtechnik ein abgenagter Knochen? Heute weniger denn je. Der Umgang mit in Kultur genommenen Zellen kommt der Arbeit unter einem Vergrößerungsglas gleich:

  • Zellkulturen verzeihen gemachte Fehler eher selten (meistens nie)
  • Zellkulturen zeigen gemachte Fehler oftmals erst, wenn das Ergebnis der Arbeit längst protokolliert / publiziert ist
  • In vergangenen Zeiten sicher geglaubte Erkenntnis zerfällt zu Staub im Lichte neuer Erkenntnismöglichkeiten zum Beispiel durch die Nutzung von Organoide, gedruckten (Teil)organen und definierten Serumersatzstoffen.
  • Die nachhaltigste Quelle von Kontamination sind die Handhabenden.
  • Ähnlich der Heisenberg’schen Unschärfe beeinflussen Begutachtungen im Brutschrank kultivierter Zellen das Wachstum und die Reaktivität dieser Zellen.
  • Auf „Dauer“ über flüssigem Stickstoff oder bei -80° C aufbewahrte Zellen kommen selten so aus der Aufbewahrung, wie sie hineingekommen sind (nur macht das manchmal wenig am Ergebnis oder ist sogar gewünscht).

Warum Pflanzenzellkutur und Kultur tierischer Zellen in einem Anlauf?

  • Nur beinahe. Wer Zellkulturtechnik lernen mag (daheim, im Makerspace oder in einer Forschungs-/Bildungseinrichtung), sollte sich zunächst mit den Grundlagen vertraut machen.
  • Solange das Serum von Tieren für Zellkulturmedien tierischer Zellen verwendet wird, steckt in Zellkultur immer auch ein Stück Tierversuch oder Schlachtung.
  • Während sich tierische Zelle ungefähr alle 8 Stunden teilen, teilen sich Pflanzenzellen meist wesentlich seltener (einmal innerhalb mehrerer Tage). Kontaminationen durch Pilze, Bakterien oder Mycoplasmen machen sich somit wesentlich nachhaltiger bemerkbar. Wer Pflanzenzellen steril kultivieren kann, sollte dies sicher auch mit tierischen Zellen können.
  • Entsteht durch unsaubere Arbeit eine Mischkultur, lassen sich nach Vereinzelung aus Pflanzenzellen individuelle Pflanzen erzeugen, deren Identität leicht beurteilbar ist. Aus tierischen Zellen lassen sich gewöhnlich nicht leicht identifizierbare / unterscheidbare Individuen erzeugen. Eine Differenzierung ist hier meist nur molekularbiologisch möglich.

Ist nicht ausreichend Zeit für die tägliche Pflege von Zellkulturen planbar, kann der Start in die Zellkulturtechnik mittels Pflanzenzellen eine gute Idee sein. Darüberhinaus bieten Pflanzen die Möglichkeit der Kultur von Explanaten, also Gewebestückchen, die aus der Pflanze gewonnen werden. Durch gezielte Gabe von Pflanzenhormonen können undifferenzierte Gewebe induziert werden, die entweder in Suspensionskultur, als Basis von Kunstsamen verwendet oder zu neuen Pflanzenindividuen differenziert werden können.

Einen sehr guten einführenden Überblick über die Kultur von Geweben und Zellen von Pflanzen bietet diese Präsentation von Dr. Rühmann.

Gute Einführungen in die Kultur tierischer Zellen unter Einschluss einiger „normaler“ Probleme bieten verschiedene Hersteller von Zellkulturprodukten:

Umfangreiche  Einführung in die Zellkultur (auf englisch) von Thermo Fisher. Anbieter im Bereich Zellkulturtechnik und Laborbedarf

Cell Culture Basics“ eine Einführung in die Zellkulturtechnik (Invitrogen, Gibco). Anbieter im Bereich Zellkulturtechnik und Laborbedarf

Eine Wiederholung oder einfache Neudarstellung vielbeschriebener Sachverhalt ist nicht zielführend. Vielmehr sind zunächst Aspekte zu würdigen, die die Ergebnisse von Zellkulturarbeiten in Frage stellen. Die in den obigen Texten getätigten Anmerkungen zum Thema „Kontamination“ erhalten einen eher tragischen Beigeschmack wenn die zahlreichen Publikationen und Schlussfolgerungen berücksichtigt werden, die aus mit fehlidentifizierten oder gemischten Kulturen von für rein gehaltenen Zellen entstehen.

Was mag es aussagen, wenn in einer aus einem Eierstock (Ovar) isolierte Zelllinie mit einem Mal Marker für y-Chromosomen positiv reagieren? Wie verändert sich eine Zelllinie im Laufe mehrerer Passagen? Gute Zellkulturpraxis (GCCP) fordert ein bestimmtes, regelbasiertes Vorgehen und eine umsichtige Dokumentation.