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.

Produkte:

NameHerstellerArtNr.
HeLa Cells AddexBio C0008001
HeLa/GFP Cell Line Cell Biolabs AKR-213
HeLa Lysate ProSci 1201
Luciferase HeLa Reporter Cell Line-Negative Control AcceGen ACG-ABC-RC0062
Human HRE Reporter Cell Line–HeLa AcceGen ACG-ABC-RC0095

 

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:

NameHerstellerArtNr.
COSMEDIUM 014 [for CHO cell culture] CosmoBio KOJ-COS-014
CHO-K1 Cells Angio-Proteomie ANG-cAP-0201
CHO-­K1 cells AddexBio P0017001
GFP Reporter Cell Line-CHO/Puro AcceGen ACG-ABC-RC002L
Human PD-L1 Reporter Cell Line- CHO AcceGen ACG-ABC-RC0118

 

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.

Produkte:

NameHerstellerArtNr.
HEK293 Whole Cell Lysate Aviva Systems Biology OCRA00085
Hek 293T Cells AddexBio T0011002
HEK-293 cells AddexBio T0011001
Transfected HEK293 Cells-Negative Control AddexBio ACG-ABC-KH16657
GFP Reporter Cell Line-HEK293 AddexBio ACG-ABC-RC0001

 

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.

 

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.

 

Hölzel Diagnostika bietet viele Produkte rund um Zelllinien und die dafür benötigten Reagenzien von verschiedenen Herstellern wie AcceGen, Addexbio, Cell Biolabs, Dendritics, Genscript oder ProSci. Werfen Sie einen Blick in unsere Zelllinien Sektion auf unserer Homepage.

Referenzen

1. Kaur, Gurvinder, and Jannette M. Dufour. "Cell lines: Valuable tools or useless artifacts." (2012): 1-5.

2. Gómez-Lechón MJ, Donato MT, Castell JV, Jover R. Human hepatocytes as a tool for studying toxicity and drug metabolism. Curr Drug Metab 2003; 4: 292-312; PMID:12871046; http://dx.doi.org/10.2174/ 1389200033489424

3. MacDonald C. Development of new cell lines for animal cell biotechnology. Crit Rev Biotechnol 1990; 10:155-78; PMID:2202521; http://dx.doi.org/10.3109/ 07388559009068265

4. Schurr MJ, Foster KN, Centanni JM, Comer AR, Wicks A, Gibson AL, et al. Phase I/II clinical evaluation of StrataGraft: a consistent, pathogen-free human skin substitute. J Trauma 2009; 66:866-73, discussion 873-4; PMID:19276766; http://dx.doi.org/ 10.1097/TA.0b013e31819849d6

5. Fleckenstein E, Uphoff CC, Drexler HG. Effective treatment of mycoplasma contamination in cell lines with enrofloxacin (Baytril). Leukemia 1994; 8:1424- 34; PMID:7520103

6. Hay RJ, Macy ML, Chen TR. Mycoplasma infection of cultured cells. Nature 1989; 339:487-8; PMID: 2725683; http://dx.doi.org/10.1038/339487a0

 

Quellen

www.gesundheitsindustrie-bw.de/fachbeitrag/aktuell/hela-ein-menschlicher-bauplan-in-der-petrischale

www.gesundheitsindustrie-bw.de/fachbeitrag/aktuell/zellkulturtechnik-hamsterzellen-und-die-herstellung-von-biopharmazeutika

www.biologie-seite.de/Biologie/HEK-Zellen

flexikon.doccheck.com/de/HEK-Zelle

www.biologie-seite.de/Biologie/Sf-9-Zellen

sundoc.bibliothek.uni-halle.de/diss-online/07/08H301/t4.pdf