Mikroskopielösungen für die Zellkultur

Zellkulturstudien sind in vielen Forschungsgebieten unverzichtbar, von Zellbiologie über Pharmakologie und Biotechnologie bis hin zur Zelltherapie und zur regenerativen Medizin. Zell- oder Gewebekulturen befassen sich mit dem Wachstum von Zellen in Kulturmedien außerhalb des Organismus in einer künstlichen Umgebung (in vitro). Dazu gehört die Kultivierung von adhärenten Zellen, Suspensionszellen, Primärzellen, Stammzellen, Bakterien, Pilzen oder Pflanzenzellen. Letztere werden oft präziser als mikrobielle Kulturen, Pilzkulturen bzw. Pflanzengewebekulturen bezeichnet.

Modellorganismen und immortalisierte Zelllinien werden häufig zur Erforschung der Biologie von Zellen oder Geweben genutzt. Solche Zelllinien werden in speziellen Gefäßen kultiviert, z. B. Petrischalen, Flaschen oder Multiwellplatten. Kulturmedien mit Nährstoffen und optionalen Zusätzen schaffen die notwendigen Bedingungen für ein optimales Zellwachstum. Je nach Zellart müssen bestimmte Werte für Temperatur, Luftfeuchtigkeit und CO₂- und O₂-Pegel eingehalten werden, um die In-vivo-Bedingungen optimal nachzubilden. Die meisten Säugetierzelllinien werden in einem Inkubator bei 37 °C and 5 % CO₂-Gehalt kultiviert.

Zellkulturlabore arbeiten tagtäglich mit Mikroskopen und untersuchen damit das Zellwachstum oder die Zellteilung ebenso wie die Vitalität der Zellen. Neben der Zellkonfluenz wird kontrolliert, ob die Zellmorphologie normal wirkt, ob eine Kontamination vorliegt und wann das Kulturmedium ausgetauscht werden muss. Diese Arbeiten werden in der Regel mittels Phasenkontrastmikroskopie mit 50- bis 200-facher Vergrößerung durchgeführt. Es kommt ganz auf die Geschwindigkeit an, denn die Zeit außerhalb des Inkubators muss auf ein Minimum begrenzt werden. Das Zellkulturmikroskop muss daher so kompakt sein, dass es in einem Laminar-Flow-Schrank oder auf einem Labortisch in kurzer Distanz zum Inkubator aufgestellt werden kann. Ein einfaches, anwenderfreundliches Mikroskop ermöglicht kurze Durchlaufzeiten und minimiert die Belastung der Zellen. Sobald die Zellen eine bestimmte Konfluenz erreichen, müssen sie passagiert werden. Vor dem Transfer in ein neues Kulturgefäß definieren Sie die Zellzahl mit einem Zellzähler oder einer Zählkammer wie der Makler-Zählkammer; anschließend berechnen Sie den passenden Verdünnungsfaktor. Gute Zellkulturpraxis ist entscheidend, denn nur so erzielen Sie aussagekräftige, reproduzierbare Ergebnisse in Ihrer Forschung.

Auch viele andere Mikroskopieverfahren werden in Zellkulturlaboren durchgeführt. Typische Beispiele sind Scratch-Assays, Wundheilungsversuche, Live-Dead-Assays und das Transwell- oder Translokations-Assay. Neben Phasenkontrast und Hellfeld-Beobachtungen kommt häufig die Fluoreszenz zum Einsatz, die sich zunehmend als Standardverfahren etabliert. Proteine in Zellen oder Geweben können mit Immunfluoreszenzmarkern markiert werden. Verschiedene Fluorophore – darunter DAPI, Hoechst, GFP, Alexa 488, RFP, Texas Red und Cy3 – geben Ihnen die Möglichkeit, die Signale mittels Mehrkanal-Fluoreszenzmikroskopie zu differenzieren und zu lokalisieren.

Andererseits können lebende Zellen (durch virale oder nichtvirale Transfektion) mit fremder DNA oder RNA transfiziert werden, um beispielsweise Fluoreszenzproteine zu exprimieren. Dieser Prozess kann sich recht mühsam gestalten, wenn Sie auf eine stabile Transfektion angewiesen sind. Die Fluoreszenzmikroskopie ist hier ein sehr probates Hilfsmittel. Das Expressionsniveau und die Transfektionseffizienz sind wesentliche Kennzahlen in diesem Verfahren. Eine schonende fluoreszenzbasierte Visualisierung und Bildgebung lässt sich am besten mit LEDs erzielen. Phototoxische Effekte durch unerwünschtes ultraviolettes (UV) Licht werden im Vergleich zu anderen Fluoreszenz-Lichtquellen wie Quecksilberdampflampen reduziert. Darüber hinaus bieten LEDs eine signifikant längere Lebensdauer und sind wartungsfrei.