Mikroskopielösungen für die Zellkultur

Zellkulturstudien spielen in zahlreichen Forschungsbereichen eine wichtige Rolle, von der Zellbiologie über die Pharmazie und Biotechnologie bis hin zur Zelltherapie und der regenerativen Medizin. In Zellkulturen bzw. Gewebekulturen geht es um das Wachstum von Zellen auf Kulturmedien außerhalb des Organismus in einem künstlichen Umfeld (in vitro). Dazu gehört auch die Kultivierung von adhärenten Zellen, Suspensionszellen, Primärzellen, Stammzellen, Bakterien, Pilzen oder Pflanzenzellen. In den drei letztgenannten Fällen spricht man oft genauer von mikrobiellen Kulturen, Pilzkulturen bzw. Pflanzengewebekulturen.

Modellorganismen und immortalisierte Zelllinien kommen oft beim Studium der Zell- oder Gewebebiologie zum Einsatz. 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 Zelltyp müssen bestimmte Werte für Temperatur, Luftfeuchtigkeit und CO₂-/O₂-Gehalt eingehalten werden, damit die In-vivo-Bedingungen optimal nachgebildet werden. Die meisten Säugetierzelllinien werden bei 37 °C in einer Atmosphäre mit 5 % CO₂-Gehalt kultiviert.

Mikroskope gehören in Zellkulturlaboren zum Alltag, um das Wachstum, die Proliferation und die Vitalität von Zellen zu untersuchen. Unter anderem wird hier die Zellkonfluenz geprüft und festgestellt, ob die Zellmorphologie normal wirkt, ob die Kultur kontaminiert ist und wann das Kulturmedium ausgetauscht werden muss. Für diese Arbeiten kommt in der Regel ein Phasenmikroskop mit einer 50-fachen bis 200-fachen Vergrößerung zum Einsatz. Die Arbeiten müssen rasch abgewickelt werden, denn die Kulturen dürfen den Inkubator nur so kurz wie möglich verlassen. Das Zellkulturmikroskop muss daher so kompakt aufgebaut sein, dass es auf einer Sicherheitswerkbank oder einem Labortisch in der Nähe des Inkubators Platz findet. Ein unkompliziertes, anwenderfreundliches Mikroskop verkürzt die Durchlaufzeiten und minimiert die Belastung für die Zellen. Sobald die Zellen eine bestimmte Konfluenz erreichen, müssen sie passagiert werden. Vor der Übertragung in ein neues Kulturgefäß ist die Anzahl der Zellen mithilfe eines Zellzählers oder einer Zählkammer (z. B. Makler-Zählkammer) zu definieren und ein geeigneter Verdünnungsfaktor zu berechnen. Die gute Zellkulturpraxis ist unerlässlich, denn sie bildet die Grundlage für aussagekräftige, reproduzierbare Forschungsergebnisse.

Auch viele andere Mikroskopieverfahren werden in Zellkulturlaboren durchgeführt. Typische Beispiele für diese Assays sind das Kratzer- oder Wundheilungsassay, das Lebend-Tot-Assay und das Transwell- oder Translokationsassay. Neben der Phasenkontrast- und Hellfeldmikroskopie wird auch häufig mit Fluoreszenz gearbeitet, welche sich allmählich zum Standardverfahren entwickelt. Proteine in Zellen oder Geweben können mit Immunfluoreszenzmarkern versehen werden. Anhand verschiedener Fluorophore – u. a. DAPI, Hoechst, GFP, Alexa 488, RFP, Texas Red und Cy3 – lassen sich die Signale in der Mehrkanal-Fluoreszenzmikroskopie differenzieren und lokalisieren.

Andererseits ist eine (virale oder nichtvirale) Transfektion lebender Zellen durch fremde DNS oder RNS möglich, damit beispielsweise fluoreszierende Proteine exprimiert werden. Dieser Prozess kann sich recht langwierig gestalten, wenn es gilt, eine stabile Transfektion zu erreichen. In diesem Fall ist die Fluoreszenzmikroskopie äußerst hilfreich. Das Expressionsniveau und die Transfektionseffizienz sind entscheidende Indikatoren in diesem Verfahren. Eine schonende Fluoreszenzvisualisierung und -bildgebung lässt sich am besten mit LEDs erzielen. Phototoxische Wirkungen aus unerwünschtem ultraviolettem Licht (UV-Licht) fallen im Vergleich zu anderen Fluoreszenzleuchtquellen wie Quecksilberbogenlampen geringer aus. Die LEDs zeichnen sich zudem durch eine signifikant höhere Lebensdauer aus und sind wartungsfrei.