Zelllinien - Info

Überblick

Zelllinien Definition
Immortalisierte Zelllinien
HeLa Zelllinie
CHO Zelllinie
HEK 293 Zelllinie
Sf9 Zelllinie
HaCat Zelllinie
Referenzen
Quellen

Zelllinien Definition

Was sind eigentlich Zelllinien?

Zelllinien sind Zellen, die sich in einer Zellkultur unbegrenzt vermehren können. Es handelt sich um Zellen eines bestimmten Gewebetyps. Da sich diese Zellen in der Praxis nur bis zu 50 mal teilen (Hayflick-Phänomen), haben Wissenschaftler begonnen, ihre Lebensdauer zu verlängern, indem sie sie mit einem Virus infizieren oder mit einem Onkogen transfizieren. Dadurch wurden die Zellen unsterblich (engl. immortal). Man spricht auch von "permanenten Zellen".

Immortalisierte Zelllinien

Immortalisierte Zelllinien werden verwendet, um die physiologisch-molekulare und/oder systemische Reaktion eines ganzen Organismus zu simulieren. Sie bieten viele Vorteile wie Kosteneinsparung, einfache Handhabung, endlose Materialien, wenn sie korrekt gepflegt werden und – den Verzicht auf Tierversuche. Darüber hinaus bilden Zelllinien eine saubere Population des gewünschten Zelltyps und liefern konsistente und reproduzierbare Ergebnisse.

Der Anwendungsbereich ist sehr breit gefächert, wie z.B. bei der Impfstoffproduktion, dem Arzneimittel-Screening, für Zytotoxizitätstests, der Antikörperentwicklung, der Genfunktion, der Gewebeerzeugung, der Proteinexpression und vieles mehr.^2-3 Zelllinien wurden zu einem nützlichen und wertvollen Werkzeug für Forscher in allen Segmenten der Wissenschaft.

HeLa Zelllinie

Die wohl bekanntesten und am meisten verwendeten Zellen sind die HeLa-Zellen. Namensgebend für die Zelllinie ist die amerikanische Patientin Henrietta Lacks. Aus ihrem Gebärmutterhalstumor wurden die aggressiven Zellen bereits 1951 entnommen. Henrietta Lacks erlag ihrer Krankheit nur kurze Zeit später, ihre Zellen wurden zu einer unverzichtbaren Errungenschaft der Forschung, ihre Zellkultur lebt noch heute in zahlreichen Laboratorien weiter. Die heutigen Modellsysteme weichen allerdings in einigen Teilen von den originalen Zellen ab. Viele Mutationen haben seit der Entdeckung zu einer Aufspaltung in mehrere Subtypen geführt. Im Jahre 2003 gelang es Wissenschaftlern des Europäischen Molekularbiologischen Laboratoriums (EMBL) erstmals, das Genom eines HeLa Subtyps zu sequenzieren. Die Zellen zeigten im Vergleich zum normalen menschlichen Genom einige Differenzen. Dazu zählten unter anderem zahlreiche Strukturvariationen und Neuanordnungen der Chromosomenfragmente. Die umfangreichen Rearrangements im Genom interpretierten die Wissenschaftler als eine Konsequenz der Chromothripsis (=chaotisches Auseinanderbrechen eines Genoms in viele Bruchstücke, die zufällig wieder zusammengefügt werden). Außerdem fanden die Forscher wesentliche Unterschiede zwischen wichtigen Signalwegen für Zellzyklus und DNA-Reparatur von menschlichem und HeLa Genom.

HeLa Zellen finden heute als leicht handhabbares Modellsystem in der Humanbiologie und Medizin Verwendung. Anhand von HeLa Zellen wurde die Funktion der Telomere und Telomerase aufgeklärt, außerdem waren sie maßgeblich an der Entwicklung des ersten Polio- Impfstoffes beteiligt. Sie dienen in akademischer und industrieller Forschung weiterhin als wichtiges Werkzeug zur Erforschung der Biologie des Menschen. Allerdings müssen die abnormalen Eigenschaften bei der experimentellen Planung und Analyse berücksichtigt werden.

HeLa Zellen Kultivierung

Bei der Kultivierung von HeLa Zellen kommen unterschiedliche Protokolle zum Einsatz. Als Zellkulturmedium kann Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) verwendet werden. Zusätzlich sollte man sich über die Temperatur, den CO₂ Gehalt und die Luftfeuchtigkeit gedanken machen.

Zusätzlich kann dem Medium fötales Rinderserum (FBS) oder fötales Kälberserum (FCS) begefügt werden. Als Nahrungsbestandteil und Hauptstickstoffquelle kann L-Alanyl-L-Glutamin verwendet werden.

Der Mediumswechsel erfolgt alle zwei Tage und bevor eine Konfluenz von 100% erreicht wird erfolgt die Passagierung. Hierfür werden die Zellen mit PBS (pH 7,4) gewaschen, mit 1% Trypsin haltigem PBS (pH 7,4) von der Kulturschale gelöst und mit einer 1:10 Verdünnung in eine neue Kulturschale überführt.

Produkte:

Name	Hersteller	ArtNr.
HeLa	CLS Cell Lines Service	CLS-300194
HeLa/GFP Cell Line	Cell Biolabs	AKR-213

CHO Zelllinie

Die viel verwendete Zelllinie der CHO Zellen (Chinese Hamster Ovary Cells) gleicht den HeLa Zellen in ihrer scheinbaren Unsterblichkeit: Auch nach tausenden Zellteilungen scheint die Vitalität der Zellen ungebrochen zu sein. Alle heute eingesetzten CHO Zellen gehen auf Vorläuferzellen zurück, die 1957 einem chinesischen Zwerghamster an der University of Denver entnommen wurden. Die Ovarzellen zeichneten sich durch eine hohe Zellteilungsrate aus, wobei die Gestalt der Zellen unverändert blieb. Heute werden CHO Zellen hauptsächlich für die Herstellung von Biopharmazeutika eingesetzt.

Im Gegensatz zu geklonten Bakterien oder Hefezellen als Syntheseort für Biopharmazeutika, bieten die Säugerzellen posttranslationale Modifikationen und Proteinexpression, die dem Menschen ähnlich sind. Säugerzellen sind beispielsweise in der Lage, Glykosylierungen durchzuführen, was in Bakterienzellen nicht möglich ist. Aufgrund dieser Eigenschaften werden heute etwa 70% der rekombinanten biopharmazeutischen Wirkstoffe für menschliche Medikamente in CHO Zellen hergestellt (Quelle: Gesundheitsindustrie-bw).

CHO Zellen sind genetisch stabil und lassen sich in Suspensionskulturen halten. Sie können reproduzierbar mit Expressionsvektoren transfiziert werden und bleiben bei Selektions-, Amplifikations-, Klonierungs- und Charakterisierungs-Vorgängen stabil. Von der Wahl des richtigen CHO Klons hängen Erfolg und Qualität der Herstellung von Biopharmazeutika ab. Mit moderner Technik werden heute die Herstellungsprozesse weiter optimiert, in den vergangenen Jahren wurden Faktoren wie Kultivierungsdauer und Effizienz stetig verbessert.

Produkte:

Name	Hersteller	ArtNr.
CHO	CLS Cell Lines Service	CLS-603479
COSMEDIUM 014 [for CHO cell culture]	CosmoBio	KOJ-COS-014
CHO-K1 cells	AddexBio	P0017001

HEK 293 Zelllinie

HEK Zellen wurden bereits ab den 60er Jahren erforscht, die HEK 293 Zelllinie entstand aber erst 1973 im Labor an der Universität Leiden. Es handelt sich um eine künstlich transformierte Zelle aus menschlichen embryonalen Nierenzellen (Human Embryonic Kidney). In ihr Erbgut wurden 4,5 Kilobasen des menschlichen Adenovirus 5 eingebaut, um ihr künstlich Charakteristika einer Krebszelle zu verleihen.

Die Nummer 293 bezieht sich auf die Versuchsnummer, bei der die Transfektion erfolgreich war. Da HEK Zellen ein Transfektionsprodukt sind, eignen sie sich nur bedingt als Modell und Reaktionen der Zelle als solche können nicht verallgemeinert werden. Durch ihre einfache Handhabung werden sie dennoch häufig eingesetzt, um das Verhalten von Komponenten in der Zelle zu erforschen. Bei den HEK Zellen handelt es sich um hypotriploide Zellen, die adhärent wachsen. Ihr komplexer Karyotyp beinhaltet unterschiedliche Anzahlen von Chromosomenkopien.

HEK Zellen eigenen sich hervorragend für die Kultivierung in serumfreien Medium und können problemlos transfizieren werden. Heute wird die menschliche Zelllinie in der Pharmakologie und Biotechnologie eingesetzt. Da HEK 293 bestimmte Adenoviren-Gene exprimiert, werden die Zellen zu dessen Vervielfältigung eingesetzt. In der Virologie besonders erfolgreich durchgesetzt haben sich 293T Zellen. Sie exprimieren zusätzlich das „SV large T-Antigen“. Durch diese besondere Eigenschaft lassen sich Retroviren oder auch DNA-Viren in 293T Zellen vermehren und die Zelllinien eigenen sich besonders für die Grundlagenforschung etlicher Virenmechanismen.

HEK-Zellen splitten

Beim splitten von HEK-Zellen ist eine angemessene Vorbereitung (Konfluenz-Prüfung, Desinfizierung des Arbeitsplatzes und die Inkubation der Arbeitsreagenzien) besonders wichtig.

Vor dem Splitten der Zellen muss zunächst der Splitanteil und der Saatmenge berechnet werden.

Eine spezifische Anleitung finden Sie auf Englisch hier.

HEK-Zellen Größe und Morphologie

HEK-Zellen sind zwischen 11 und 15 µm groß.

Ihre Morphologie ist rundlich in Suspension und abgeflacht bei Wachstum auf einer Oberfläche.

HEK-Zellen Medium

HEK-Zellen wachsen in Eagle's Minimum Essential Medium (EMEM) unter Zugabe von 2 mM L-Glutamin und 10 % fötalem Rinderserum (FBS). Ein Mediums Wechsel wir zweimal in der Woche empfohlen.

HEK-Zellen einfrieren

HEK-Zellen können in CM-1 oder CM-ACF Gefriermedium langsam eingefroren werden.

HEK Zellen auftauen

1-2 Minuten auftauen in 37°C Wasserbad (es bleibt ein kleiner Eisklumpen zurück)
Überführung der Zellsuspension in ein Zentrifugenröhrchen
Hinzufügen von vorgewärmten Wachstumsmedium
Zentrifugation um Gefriermedium zu entfernen
Resuspendieren des Zellpellets in frischem Medium
Kultivierung

Produkte:

Name	Hersteller	ArtNr.
HEK293	CLS Cell Lines Service	CLS-300192
HEK293 Whole Cell Lysate	Aviva Systems Biology	OCRA00085

Sf9 Zelllinie

Bei Sf9 Zellen handelt es sich um Ovarzellen der Mottenart (Nachtfalter) Spodoptera frugiperda, die während des Puppenstadiums aus einem zwischenkultivierten Klon entnommen wurden. Die Insektenzelllinie ist im Vergleich zu menschlichen Zelllinien wie HeLa recht unkompliziert und preisgünstig zu kultivieren. Die Zellen bieten den Vorteil, dass sie posttranslationale Proteinmodifikationen durchführen und die Proteine meist eine sehr gute Löslichkeit besitzen.

Im Gegensatz zu E. coli und Hefen sind die gewonnenen Proteine vergleichbar mit menschlichen Proteinen, was sie zu einem idealen Werkzeug für die Proteinsynthese machen. Sf9 Zellen wachsen adhärent sowie in Suspension und sind sehr robust. Sie besitzen einen optimalen pH Wert von 6,2 und eine Optimaltemperatur von 27°C. Heutzutage werden fast ausschließlich Sf9 Zelllinien (und verwandte Zelllinien) zur Produktion von rekombinanten Proteinen eingesetzt. Dazu verändert man das Virusgenom von Baculoviren, sodass es für bestimmte Proteine kodiert. Die Zellen lassen sich leicht mit diesen veränderten Viren infizieren. Für diesen Vorgang braucht man relativ geringe Sicherheitsvorkehrungen, da die Viren für höhere Organismen kein Gefährdungsrisiko darstellen. Das so geschaffene Expressionssystem aus infizierten Sf9 Zellen wird dazu angeregt, hohe Mengen der gewünschten Proteine zu synthetisieren. Die Sf9 Zelllinie lässt sich gut in serumfreien Medium heranziehen. Ein 1991 an der Ohio State University entwickeltes serumfreies Medium garantiert eine genauso effiziente Synthese von rekombinanten Proteinen wie in serumhaltigen Medium.

Produkte:

Name	Hersteller	ArtNr.
Sf9	CLS Cell Lines Service	CLS-604328

HaCat Zelllinie

Die HaCat Zelllinie wurde ursprünglich aus einem primären Melanom der oberen Rückenhaut eines 62-jährigen Patienten isoliert. Der Name HaCat setzt sich zusammen aus dieser Zellherkunft und der Bedingungen für die Etablierung der Zelllinie: Human adult low Calcium high Temperature keratinocytes. HaCat Zellen wurden Ende der 1980er Jahre in Heidelberg am deutschen Krebsforschungszentrum untersucht. Die permanente ephiteliale Zelllinie wird als nicht tumorigen, aber als phänotypisch spontan transformiert eingestuft. Die Differenzierungsrate hängt dabei stark von der Calciumkonzentration ab. Sie steigt an, sobald der Calciumgehalt von niedrig auf hoch/physiologisch steigt. Ein hoher Level an Calcium führt also zu Differenzierung und Stratifizierung, umgekehrt führt eine niedrige Konzentration zur Bildung eines adhärenten Monolayers proliferierender Keratinozyten.

In der Forschung wird die HaCat Zelllinie zur Charakterisierung verschiedenster Prozesse eingesetzt. Aufgrund ihrer Immortalität und Fähigkeit zur Differenzierung und Proliferation in vitro sind die humanen Zellen äußerst beliebt. Sie finden Anwendung als Modellsystem für den Vitaminstoffwechsel der Haut oder der Charakterisierung von Keratinozyten.