Hypoxie zum Wachstum von Zellkulturen richtig anwenden

O2-Kontrolle im CO2-Inkubator

Die Simulation realer physiologischer Bedingungen im CO2-Inkubator stellt bei der In-vitro-Kultivierung anspruchsvoller tierischer Zellen hohe Ansprüche an die verwendete Technologie. Das gilt umso mehr für die Erforschung menschlicher oder Säuger-Zellkulturen. In diesem Artikel erfahren Sie, warum besonders die Sauerstoffkonzentration eine entscheidende Rolle für das Zellwachstum spielt.

Hypoxie als Wachstumsbeschleuniger

Die In-vitro-Kultivierung anspruchsvoller Säugetier-Zellkulturen im CO2-Inkubator stellt hohe Anforderungen an die verwendete Labortechnik. Zielvorgabe ist dabei üblicherweise die Simulation der realen physiologischen Bedingungen. Diese werden in erster Linie durch das Nährmedium und das Gefäß bereitgestellt, aber auch der Inkubator kontrolliert vier wichtige Faktoren: die Temperatur, die CO2-Konzentration, die Osmolarität und schließlich auch noch den Sauerstoff-Partialdruck.

Normoxie als Maßstab für ideales Zellwachstum

Soll der menschliche Organismus als „Arbeitsumgebung“ simuliert werden, spielt auch die korrekte Sauerstoffversorgung eine entscheidende Rolle für das Verhalten der Zelle, meist erkennbar an schneller Zellproliferation. Den Normalzustand der Sauerstoffversorgung bei einem gesunden Menschen nennt man Normoxie. Hierunter versteht man den physiologischen O2-Partialdruck im Zellgewebe. Die Forschungsergebnisse der vergangenen Jahre zeigen, dass die Sauerstoffkonzentration in den verschiedenen Zellarten des menschlichen Körpers stark variiert und oft unter den in Laboren üblichen 21 Prozent liegt (Normoxie).

Präzise Regelung der Sauerstoffkonzentration

Fettgewebe zum Beispiel weist eine Sauerstoffkonzentration von etwa zehn bis fünfzehn Prozent auf, beim Knochenmark liegt diese bei etwa sechs bis sieben Prozent.

Viele Zellarten wachsen demnach am besten mit einem verminderten Sauerstoffgehalt. Die niedrigere Sauerstoffkonzentration simuliert die realen physiologischen Bedingungen besser. Bei einer Sauerstoffkonzentration, die unter dem Normalwert (Normoxie) liegt, spricht man von Hypoxie.

Anwendungen von CO2-Inkubatoren zur Kultivierung von Zellkulturen

Im Zusammenhang mit der In-vitro-Kultivierung von Zellkulturen im CO2-Inkubator steht der Begriff Hypoxie nicht - oder nur in Ausnahmefällen - für die Erforschung des Krankheitsbildes „Hypoxie“, sondern für die Zellkultivierung unter sauerstoffreduzierten Bedingungen.

Das Anwendungsfeld ist weit gefächert und findet mit der Stammzellenforschung sein Paradebeispiel. Hypoxische Bedingungen eignen sich auch zur Erforschung von Primärzellen- und Embryo-Kulturen.
Zu solchen Zwecken verwendete CO2-Inkubatoren müssen zwangsläufig über eine frei regelbare Sauerstoffversorgung verfügen. Diese ermöglicht neben dem Anwendungsbereich der Hypoxie auch hyperoxische Bedingungen (21-90 %), die sich zur Erforschung von empfindlichen Gewebe eignen, wie Lunge oder Retina.

Die hypoxischen Bedingungen sind unter anderem in der "Guten Laborpraxis" (GLP) geregelt. In unserer Checkliste erfahren Sie, worauf Sie bei der GLP-konformen Forschung achten müssen. Sichern Sie sich hier den gratis Download! 

Das kontrollierte Absenken des Sauerstoffgehalts auf ein bestimmtes kontantes Level ist ein aufwendiger Prozess, der zudem nach jeder Öffnung der Kammer wiederholt werden muss. CO2-Inkubatoren, die diese Aufgabe meistern können sind rar. Jedes Öffnen der Prüfkammer birgt zudem das Risiko der pH-Erhöhung des Mediums und damit einer  Alkalose der Zellkulturen, durch einen schnellen Abfall des CO2-Gehalts. Gute Inkubatoren gewährleisten daher schnelle CO2-Erholzeiten.

BINDER CO2-Inkubatoren der Serie CB zur Kultivierung unter hypoxischen Bedingungen

Der BINDER CO2 Inkubator der Serie CB bietet ausgezeichnete Wachstumsbedingungen für Zell- und Gewebekulturen, eine präzise Kontrolle von Sauerstoffkonzentrationen durch Verdrängung bis hinunter zu 0,2 Vol.-% sowie eine programmgsteuerte Heißluftsterilisation bei 180 °C. Die BINDER Serie CB ist die Premiumklasse für alle sensiblen Inkubationsaufgaben. Auch komplexen Kultivierungsansätzen oder individuellen Wachstumsmilieus unter hypoxischen Bedingungen ist er mit entsprechenden Varianten und ein umfangreiches Sortiment an Optionen und Zubehör problemlos gewachsen. Mehr Daten und Fakten zur Serie CB finden Sie hier.

Für die Grundlagenforschung im Bereich des Hypoxie-Sensing, -Signalling und der Hypoxie -anpassung sind stabile und reproduzierbare O2-Konzentrationen, schnelle Erholzeiten und ein sparsamer Gasverbrauch erforderlich. Welche Faktoren Sie bei der Anschaffung eines CO2-Inkubators noch im Blick haben sollten, haben wir für Sie in unserem Buyer's Guide zum CO2-Inkubator zusammengefasst.

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