Zellkulturmedium

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

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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]

Zusammensetzung (Auswahl)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Verschiedene MEM-Derivate, in [mg/L]
Bestandteil BME[4] MEM[5] α-MEMa[6] DMEM[7] IMDM[8]
Glycin 50 30 30
L-Alanin 25 25
L-Arginin × HCl 21 126 126 84 84
L-Asparagin × H2O 50 25
L-Asparaginsäure 30 30
L-Cystein × HCl × H2O 100 91,4
L-Cystin × 2 HCl 16 31 31 63
L-Glutaminsäure 75 75
L-Glutamin 292 292 292 584 584
L-Histidin 8 31 42
L-Histidin × HCl × H2O 42 42 42
L-Isoleucin 26 52 52 105 105
L-Leucin 26 52 52 105 105
L-Lysin × HCl 36,47 73 73 146 146
L-Methionin 7,5 15 15 30 30
L-Phenylalanin 16,5 32 32 66 66
L-Prolin 40 40
L-Serin 25 42 42
L-Threonin 24 48 48 95 95
L-Tryptophan 4 10 10 16 16
L-Tyrosin, Dinatriumsalz × 2 H2O 26 52 52 104 104
L-Valin 23,5 46 46 94 94
Ascorbinsäure 50
Biotin 1 0,1 0,013
Cholinchlorid 1 1 1 4 4
D-Calciumpantothenat 1 1 1 4
Folsäure 1 1 1 4 4
Niacinamid 1 1 1 4 4
Pyridoxal × HCl 1 1 1 4 4
Riboflavin 0,1 0,1 0,1 0,4 0,4
Thiaminhydrochlorid 1 1 1 4 4
Vitamin B12 1,36 0,013
i-Inositol 2 2 2 7,2 7,2
Calciumchlorid (CaCl2) (anhyd.) 200 200 200 200 165
Eisennitrat (Fe(NO3)3 × 9 H2O) 0,1
Kaliumnitrat 0,076
Kaliumchlorid (KCl) 400 400 400 400 330
Magnesiumsulfat (MgSO4) (anhyd.) 97,67 97,67 97,67 97,67 97,67
Natriumhydrogencarbonat (NaHCO3) 2200 2200 2200 3700 3024
Natriumchlorid (NaCl) 6800 6800 6800 6400 4505
Natriumdihydrogenphosphat (NaH2PO4 × H2O) 140 140 140 125 125
Natriumselenit 0,017
D-Glucose (Dextrose) 1000 1000 1000 1000/4500 4500
Liponsäure 0,2
Phenolrot 10 10 10 15 15
Natriumpyruvat 110 110 110
HEPES 5958

Zusätze[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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]

Glutaminzusätze[9]
Medium Volumen einer
200 mM Glutaminlösung
in [ml/l] 		Glutamin-Endkonzentration
in [mg/l]
BME Earle 10,0 292,3
BME Hanks 10,0 292,3
DMEM (Dulbeccos MEM) 20,0 584,6
DMEM/Ham F-12 12,5 365,0
Glasgow MEM 10,0 292,3
Ham's F-10 5,0 146,2
Ham's F-12 5,0 146,2
IMDM (Iscoves DMEM) 20,0 584,6
L-15 Medium (Leibovitz) 10,3 300,0
McCoy 5a 7,5 219,15
Medium 199 Earle 3,4 100,0
Medium 199 Hanks 3,4 100,0
MEM Earle 10,0 292,3
MEM Hanks 10,0 292,3
MEM Spinner 10,0 292,3
RPMI-1640 10,3 300,0
Williams Medium E 10,0 292,3

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]

Serumfreies Medium[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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]

Passende Medien[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Medien-Zelltyp-Kombinationen[12]
Zelllinie Zellabstammung Spezies Gewebe Medium
293-Zellen [Hek293] Epithel Mensch Embryonale Niere MEM + 10 % FKS
3T3 (NIH 3T3) Fibroblast Maus Embryonal DMEM + 10 % FKS
3T6 Fibroblast Maus Embryonal DMEM + 10 % FKS
A-431 Epithel Mensch Epidermis DMEM + 10 % FKS
A549-Zellen Epithel Mensch Lungenkarzinom Ham's F-12 K + 10 % FKS
A6 Epithel Xenopus laevis Niere NCTC 109 Medium zu 75 %, 15 % Aq. Dest. + 10 % FKS
A9 L Fibroblast Maus Bindegewebe DMEM + 10 % FKS
AtT-20 Epithel Maus Hypophysentumor Ham's F-10, 15 % Pferdeserum + 2.5 % FKS
BALB/3T3 Fibroblast Maus Embryonal DMEM + 10 % FKS
BHK-21 Fibroblast Hamster Niere GMEM + 10 % FKS oder MEM + 10 % FKS und NEAA
BS-C-1 Epithel Grüne Meerkatze Niere MEM + 10 % FKS
BSC40 Epithel Grüne Meerkatze Niere DMEM + 10 % FKS
BT Fibroblast Rind Nasenschleimhaut MEM + 10 % FKS und NEAA
C6 Fibroblast Ratte Gliom F-12 K, 15 % Pferdeserum + 2,5 % FKS
Caco-2 Epithel Mensch Kolon Adenokarzinom MEM + 20 % FKS und NEAA
CHO-K1 Epithel Hamster Ovar F-12 + 10 % FKS
Clone 9 Epithel Ratte Leber F-12 K + 10 % FKS
Clone M-3 Epithel Maus Melanom Ham's F-10, 15 % Pferdeserum + 2,5 % FKS
COS-Zellen: COS-1, COS-7 Fibroblast Grüne Meerkatze Niere DMEM + 10 % FKS
CRFK Epithel Katze Niere MEM + 10 % FKS und NEAA
CV-1 Fibroblast Grüne Meerkatze Niere MEM + 10 % FKS
D-17 Epithel Hund Osteosarkom MEM + 10 % FKS + NEAA
Daudi Lymphoid Mensch Burkitt-Lymphom RPMI-1640 + 10 % FKS
EB Fibroblast Mensch Haut DMEM + 10 % FKS
GH1, GH3 Epithel Ratte Hypophysentumor Ham's F-10, 15 % Pferdeserum + 2,5 % FKS
H9 Lymphoid Mensch T-Zell-Lymphom RPMI-1640 + 20 % FKS
HaK Epithel Hamster Niere BME + 10 % Rinderserum
HCT-15 Epithel Mensch Kolorektales Adenokarzinom RPMI-1640 + 10 % FKS
HeLa-Zellen Epithel Mensch Cervixkarzinom MEM + 10 % FKS und NEAA
Hep G2 Epithel Mensch Hepatozelluläres Carcinom MEM + 10 % FKS
HK-2 Epithel Mensch Niere, HPV-16 transformiert Serumfreies Keratinozyten-medium (K-SFM, von GIBCO) + Hypophysenextrakt und EGF
HL-60 Lymphoid Mensch Promyelocytische Leukämie RPMI-1640 + 20 % FKS
HT-1080 Epithel Mensch Fibrosarkom MEM + 10 % hi FKS und NEAA
HT-29 Epithel Mensch Kolon Adenokarzinom McCoy's 5 A + 10 % FKS
HUVEC Epithel Mensch Nabelschnurendothel Ham's F-12 K + 10 % FKS und 100 μg/ml Heparin
I-10 Epithel Maus Leydig-Zelltumor Ham's F-10, 15 % Pferdeserum + 2,5 % FKS
IEC-6 Epithel Ratte Dünndarmepithel DMEM, 4 mM Glutamin, 1,5 g/l NaHCO3, 4,5 g/l Glucose, 0,1 U/ml Rinderinsulin, 10 % FKS
IM-9 Lymphoid Mensch Peripheres Blut Multiples Myelom RPMI-1640 + 10 % FKS
JEG-3 Epithel Mensch Chorionkarzinom MEM + 10 % FKS
Jensen Fibroblast Ratte Sarcom McCoy's 5 A + 5 % FKS
Jurkat Lymphoid Mensch Lymphom RPMI-1640 + 10 % FKS
K-562 Lymphoid Mensch Myelogene Leukämie RPMI-1640 + 10 % FKS
KG-1 Myeloidyelo-blastoid Mensch Knochenmark Erythroleukämie IMDM + 20 % FKS
L2 Epithel Ratte Lunge Ham's F-12 K + 10 % FKS
L6 Myeloid Ratte Skelettmuskel DMEM + 10 % FKS
L-929 Fibroblast Maus Bindegewebe MEM + 10 % FKS
LLC-PK1 Epithel Schwein Niere Medium 199, 2,2 g/l NaHCO3 + 3 % FKS
LLC-RK1 Epithel Kaninchen Niere Medium 199, 1,12 g/l NaHCO3 + 10 % Pferdeserum
LLC-MK2 Epithel Rhesusaffe Niere Medium 199, 1,68 g/l NaHCO3 + 1 % Pferdeserum
LLC-WRC 256 Epithel Ratte Milchdrüsenkarzinom Medium 199 + 5 % Pferdeserum
McCoy Fibroblast Maus Unbekannt MEM + 10 % FKS
MCF7 Epithel Mensch Brust Adenokarzinom MEM + 10 % FKS und NEAA + 10 μg/ml Insulin
MDBK Epithel Rind Niere MEM + 10 % FKS
MDCK-Zellen Epithel Hund Niere MEM + 10 % FKS
NRK-49 F Fibroblast Ratte Niere DMEM, 4 mM Glutamin, 1,5 g/l NaHCO3, 4,5 g/l Glucose + 5 % NKS
NRK-52E Epithel Ratte Niere DMEM, 4 mM Glutamin, 1,5 g/l NaHCO3, 4,5 g/l Glucose + 5 % NKS
PC-12 neuronal Ratte Phäochromozytom RPMI-1640 + 10 % hi Pferdeserum und 5 % FKS
PK13 Epithel Schwein Niere DMEM + 10 % FKS
PK(15) Epithel Schwein Niere MEM + 10 % FKS
PtK1 Epithel Potoroo, Lang-schnauziges Kaninchen-känguru Niere MEM + 10 % FKS
Raji Lymphoid Mensch Burkitt-Lymphom RPMI-1640 + 10 % FKS
RK13 Epithel Kaninchen Niere MEM + 10 % FKS
SW-13 Mensch Nebennierenrindenkarzinom Leibovitz L-15 + 10 % FKS
T84 Epithel Mensch Kolon Adenokarzinom DMEM/Ham's F-12 (1:1), 2,5 mM Glutamin + 5 % FKS
Vero-Zellen Grüne Meerkatze Niere MEM + 10 % FKS
WI-38 Epithel Mensch Embryonale Lunge BME + 10 % FKS
XC Epithel Ratte Rous Sarkom MEM + 10 % FKS und NEAA
Y-1 Epithel Maus Nebennierenrindentumor Ham's F-10, 15 % Pferdeserum + 2,5 % FKS
Sf9, Sf21 Spodoptera frugiperda Ovar TNM-FH + 10 % hi FKS, oder Sf-900 II SFM (serumfrei), oder Sf-900™ III SFM (serumfrei)
High Five (BTITN-5B1-4) Trichoplusia ni Ovar TNM-FH + 10 % FKS, oder Express Five SFM (serumfrei)
Schneider 2 (S. 2), D.Mel-2 Drosophila melanogaster Embryo Schneider’s Drosophila Medium + 10 % hi FKS

Waschlösungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  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.
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