Zellkultur

Zellkultur

Der Workflow in der Zellkultur

Im Zellkulturlabor gibt es eine Vielzahl an Zelllinien, die für Forschungszwecke oder für die pharmazeutische Produktion kultiviert werden. Beispiele sind die fibroblastenartigen HeLa-Zellen oder die epithelartigen CHO Zellen. Das Mikroskop spielt in der Zellkultur zur Bewertung der Zellen eine besonders wichtige Rolle. Für die Arbeit in der Zellkultur werden hauptsächlich inverse Mikroskope eingesetzt.

Zur erfolgreichen Kultivierung der Zellen wird ein Zellkulturmedium benötigt, das die erforderlichen Nährstoffe für die Zellen beinhaltet: Neben Wasser werden Salze, Vitamine, Aminosäuren für die Proteinsynthese und energieversorgende Bestandteile wie Glukose hinzugegeben. Je nach Anwendung können auch weitere Stoffe wie Hormone, Medikamente oder ein PH-Indikator eingesetzt werden.

Die Behältnisse werden genau auf die Anwendung in der Zellkultur abgestimmt: Neben klassischen Zellkulturflaschen werden auch Petrischalen oder Mikrotiterplatten eingesetzt. Die Zellen werden unter optimalen klimatischen Bedingungen in Brutschränken gelagert, wodurch ein bestmögliches Zellwachstum erreicht wird. Die tägliche Routine im Zellkulturlabor besteht vor allem in der Kontrolle und Pflege der Zellkulturen:

  • regelmäßige visuelle Prüfung mit dem Mikroskop: Bestimmung von Vitalität und Konfluenz der Zellen, Identifizierung von unerwünschten Keimen
  • Erneuerung des Zellkulturmediums zur Schaffung optimaler Wachstumsbedingungen
  • Aufteilung der Zellen auf weitere Kulturgefäße (Passage)
  • Vorbereitung der Zellen für weitere Auswertungen (z.B. Hinzufügen eines Fluoreszenzfarbstoffs durch Transfektion)
  • Prüfung und Dokumentation der Umgebungsbedingungen im Brutschrank (Temperatur, CO2-Gehalt und Luftfeuchtigkeit)

Das Mikroskop für die Zellkultur

In der Zellkultur werden hauptsächlich inverse Mikroskope eingesetzt. Bei inversen Mikroskopen sind die optischen Elemente im Vergleich zu aufrechten Mikroskopen umgekehrt angeordnet: Die Objektive befinden sich unter der Probe und die Beleuchtung erfolgt von oben. Daraus resultiert ein großer Probenraum, sodass auch hohe Zellkulturflaschen mikroskopiert werden können. Durch diese große Flexibilität sind inverse Mikroskope in der Zellkultur echte Allrounder.

Die Zellkulturen werden meistens im Durchlicht betrachtet. Da lebende Zellen üblicherweise nicht eingefärbt werden können, sind zur Darstellung der Zellen spezielle Kontrastverfahren notwendig. Fast jedes inverse Mikroskop verfügt daher über den Phasenkontrast, in dem die Zellen klar und kontrastreich dargestellt werden können. Für eine besonders hochauflösende Darstellung gibt es den Modulationskontrast (IMC) oder das PlasDIC Verfahren. Für alle Anwendungen in der Zellkultur sind Stative mit einer langlebigen LED-Beleuchtung empfehlenswert.

In vielen Bereichen wird in der Zellkultur auch mit Fluoreszenz gearbeitet. Dabei werden die Zellen mit einer spezifischen Wellenlänge angeregt, woraufhin die Zellen ein Lichtsignal mit einer anderen Wellenlänge emittieren. Für die Fluoreszenz werden eine Fluoreszenzlichtquelle, passende Filter und je nach Anwendung spezielle Objektive benötigt.

Bei der Auswahl der optischen Komponenten für inverse Mikroskope gibt es in der Zellkultur einige Besonderheiten. Die Objektive müssen einen langen Arbeitsabstand haben, damit die verschiedenen Ebenen gut durchgemustert werden können. Zellkulturgefäße haben eine genormte Wandstärke von 1 mm. Für ein scharfes Bild gibt es daher Objektive, die für eine Deckglasdicke von 1 mm korrigiert sind. Je nach Bedarf gibt es auch Objektive, die mittels Korrektionsring oder spezieller Deckglaskappen an verschiedene Deckglasdicken angepasst werden können. Die Vergrößerungen der Objektive für die Untersuchung von Zelltkulturen betragen üblicherweise 5x, 10x, 20x und 40x.


Die Kondensoren ermöglichen bei inversen Mikroskopen einen großen Arbeitsabstand, damit auch hohe Zellkulturgefäße mikroskopiert werden können. Bei den meisten Mikroskopen kann man zwischen zwei Arbeitsabständen wählen. Dabei gilt, dass die Auflösung des Mikroskops umso höher wird, je kürzer der Arbeitsabstand ist. Aufgrund der Vielzahl an verschiedenen Gefäßen gibt es für jede Anwendung passende Probenhalter, z.B. für Petrischalen oder Multiwell-Platten.

Die meisten inversen Mikroskope werden in der Zellkultur mit einer digitalen Mikroskopkamera ausgestattet. Mit einer Mikroskopkamera lassen sich die Arbeitsergebnisse schnell und einfach speichern, wodurch alle Resultate nachvollziehbar dokumentiert werden können. Mikroskopkameras mit einem schnellen Livebild sind von Vorteil, da die Proben gemeinsam mit Kollegen am Monitor ausgewertet werden können. Mit einer passenden Software können die Fotos mit einem Maßstabsbalken sowie einem Zeit- und Datumstempel versehen werden. Außerdem ist die Größenbestimmung von Zellen durch kalibrierte Messungen schnell und einfach durchführbar.

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