Zellkulturmedium

Ein Zellkulturmedium bezeichnet in der Zellkultur ein Nährmedium, das für die Kultur von eukaryotischen Zellen verwendet wird.

Nährmedien für die Kultur von Tierzellen sind ausschließlich Flüssigmedien. Sie umfassen RPMI-1640, Basal Medium Eagle (BME), Eagle’s Minimal Essential Medium, Dulbecco's Modified Eagle Medium, α-MEM (Minimum Essential Medium Eagle–alpha Modifikation), Ham's F-10, Ham's F-12, Glasgow Minimum Essential Medium (GMEM), Iscove’s Modified Dulbecco’s Medium (IMDM), Leibovitz's L-15 Medium, McCoy's Medium und für die Insektenzellkultur Trichoplusia ni Medium-Formulation Hink (TNM-FH, z. B. Grace's Insect Medium, Supplemented).^[1][2] Oftmals wird auch eine 1:1-Mischung von DMEM und Ham's F-12 verwendet, dass die hohe Glucosekonzentration von DMEM mit der hohen Aminosäurekonzentration von Ham's F-12 kombiniert.

Zellkulturmedien sind isotonisch. Die Osmolalität von Blutplasma in Säugern beträgt circa 290 mosm/kg H₂O.^[3] Bei Medien für Säugerzellen liegt daher die Osmolalität zwischen 270 mosm/kg H₂O für RPMI-1640 und 340 mosm/kg H₂O für DMEM.^[3] Um eine ausreichende Versorgung mit Luftsauerstoff zu ermöglichen, ist weniger als ein Zentimeter Höhe an Medium über den Zellen. Bei Insektenkulturen wird die Osmolalität auf etwa 360 mosm/kg H₂O eingestellt.^[3] Medien für Amphibienzellen haben eine deutlich niedrigere Osmolalität. Wenn HEPES als zusätzliche Puffersubstanz hinzugegeben wird, muss die Konzentration an Natriumchlorid stöchiometrisch entsprechend gesenkt werden.^[3]

Dem Medium wird oftmals 10 % Volumenanteil an FCS (auch FKS) hinzugefügt, das Wachstumsfaktoren enthält. Da Proteine für die meisten Zelltypen nicht in der üblichen Nahrung vorkommen (außer bei manchen Blutzellen), denn diese werden im Gegensatz zu kleineren Molekülen in den Blutgefäßen im Blutkreislauf zurückgehalten, wird FCS zur Denaturierung der Proteine hitzeinaktiviert.^[9] Daneben wird die Aminosäure Glutamin aufgrund einer Neigung zur Hydrolyse sowie Natriumhydrogencarbonat aufgrund einer Neigung zum Ausgasen bei einem pH-Wert von 7,4 frisch zugegeben.^[9] Die Glutaminlösung sollte in Aliquots aufgeteilt bei −20 °C aufbewahrt werden, ebenso sollten glutaminhaltige Medien bei 4 °C aufbewahrt werden, um eine Hydrolyse zu minimieren.^[9]

200 mM Glutamin entspricht in den meisten Fällen einer 100× Stammlösung. Die Endkonzentration im Medium ist dann 2 mM.

Zur Verstärkung der Pufferwirkung des Mediums wird gelegentlich HEPES zugesetzt, wobei die Konzentration von Natriumchlorid stöchiometrisch gemindert wird, um isotonisch zu bleiben. Bei Lymphozyten der Maus wird oftmals als Reduktionsmittel 50 – 200 μM β-Mercaptoethanol hinzugefügt.^[3] Der Nutzen ist umstritten.^[3] In der serumfreien Zellkultur ist β-Mercaptoethanol ohne Zugabe von BSA toxisch.^[3]

Für die pharmazeutische Produktion werden dagegen definierte Medien (d. h. ohne unbekannte Komponenten) ohne Bestandteile tierischen Ursprungs (weniger Kontaminationsgefahr) verwendet. Diese enthalten anstatt FCS 5 mg/L bovines Insulin, 5 mg/L humanes Transferrin und 5 μg/L Natriumselenit und, je nach Zelltyp, weitere Zusätze.^[10] Ersatzmöglichkeiten für Serum bei verschiedenen Zelllinien sind in der Datenbank Fetal Calf Serum Free Database aufgeführt.^[11]

Zum Waschen und zur kurzfristigen Lagerung (wenige Minuten) werden Balanced Salt Solutions wie Phosphatgepufferte Salzlösung (PBS), Hanks-Salze oder Earle-Salze verwendet.

1. ↑ Sabine Schmitz: Der Experimentator: Zellkultur. 4. Auflage, Springer Spektrum, 2020. ISBN 978-3-662-58951-9. S. 145–156.
2. ↑ Gerhard Gstraunthaler, Toni Lindl: Zell- und Gewebekultur. 8. Auflage, Springer, 2021. doi:10.1007/978-3-662-62606-1. S. 92–125.
3. ↑ ^{a b c d e f g} Gerhard Gstraunthaler, Toni Lindl: Zell- und Gewebekultur. 8. Auflage, Springer, 2021. doi:10.1007/978-3-662-62606-1. S. 126–130.
4. ↑ Eintrag zu Basal Medium Eagle (BME) bei Thermo Fisher Scientific, abgerufen am 19. September 2023.
5. ↑ Eintrag zu MEM bei Thermo Fisher Scientific, abgerufen am 19. September 2023.
6. ↑ Eintrag zu MEM α, no nucleosides bei Thermo Fisher Scientific, abgerufen am 19. September 2023.
7. ↑ 11885 - DMEM, low glucose, pyruvate (Formulation). In: Thermo Fisher Scientific. Abgerufen am 28. Dezember 2021 (englisch). 
8. ↑ IMDM
9. ↑ ^{a b c d} Gerhard Gstraunthaler, Toni Lindl: Zell- und Gewebekultur. 8. Auflage, Springer, 2021. doi:10.1007/978-3-662-62606-1. S. 93–95.
10. ↑ Gerhard Gstraunthaler, Toni Lindl: Zell- und Gewebekultur. 8. Auflage, Springer, 2021. doi:10.1007/978-3-662-62606-1. S. 119–123.
11. ↑ Universiteit Utrecht: Fetal Calf Serum Free Database. In: fcs-free.org. Abgerufen am 26. Mai 2023 (englisch). 
12. ↑ Gerhard Gstraunthaler, Toni Lindl: Zell- und Gewebekultur. 8. Auflage, Springer, 2021. doi:10.1007/978-3-662-62606-1. S. 89–91.