Powered by

Zellkulturtechnik: Mit Nervenfasern von Fröschen fing alles an

Die Geschichte der Zellkulturtechnik ist eng verknüpft mit der Zellbiologie und ihren Entdeckungen. Seit es naturwissenschaftliche Forschung gibt, versuchen Forscher Zellen und Gewebe auch außerhalb eines Organismus am Leben zu erhalten, um sie untersuchen zu können.

Die Vorgeschichte der Zellkultur beginnt mit embryonalen Nervenfasern von Fröschen. Dem Yale-Zoologen Ross Granville Harrison gelingt es 1907 erstmals, tierisches Gewebe außerhalb des Körpers wachsen zu lassen. Zuvor war Wilhelm Roux 1885 mit embryonalen Hühnerzellen in einer Salzlösung der Funktionsnachweis gelungen.

Penicillin macht Weg frei

Als Vater der Gewebekultur gilt der Chirurg und Nobelpreisträger (1912) Alexis Carrel. Ihm verdankt die Zellbiologie das Dogma, dass Zellen in Kultur unbegrenzt teilungsfähig sind. Die Ewigkeitstheorie hält 40 Jahre, ehe sie Leonard Hayflick und Paul Moorhead 1961 widerlegen.

Mit der Entdeckung des Pilzes „Penicillium notatum“ (1928) legt Alexander Fleming die Grundlagen für den späteren Siegeszug der Zellkultur, die sich zuvor mit bakteriellen Kontaminationen herumschlägt. Ende der 40er-Jahre setzt durch Wilton Earle und Kollegen eine Entwicklung zu proteinfreien und chemisch definierten Zellkulturmedien ein, die aus der Kunst eine Wissenschaft macht und heute noch Standard für die Kultivierung von Primärkulturen und etablierter Zelllinien ist.

Saubohnen und unsterbliche HeLa

Natur erschafft die schönsten Formen: Dendritische Zellen aus der Schatzkammer der Ulmer Zytogenetikerin Silke Brüderlein © S. Brüderlein

1951 entdecken Alma Howard und Stephen Pelc an Saubohnen das Phänomen des Zellzyklus, den sich wiederholenden Ablauf von Ereignissen zwischen zwei Zellteilungen. 1952 wird aus Biopsiematerial des Gebärmutterhalskrebses die erste Zelllinie aus menschlichem Gewebe isoliert. Sie wird als HeLa berühmt und ist die erste "unsterbliche" Zelllinie, die bis heute in vitro aufrechterhalten wird. Sie gilt als eine der häufigsten untersuchten Zelllinien, legendär sind auch ihre Kreuzkontaminationen. 1962 entwickelt Hayflick den ersten diploiden Zellstamm WI-38 aus dem Lungengewebe eines drei Monate alten weiblichen Embryos. Diese Zellen werden heute noch in der Impfstoffherstellung verwendet. 

Im Verlauf der folgenden Jahrzehnte werden zelltypspezifische Medien entdeckt und entwickelt. Mit dem HAT-Medium (Hypoxanthin-Aminopterin-Thymidin) gelingt John W. Littlefield 1964 die Anzucht somatischer Zellhybride, 1965 führt Richard Ham ein serumfreies Anzuchtmedium ein.
1974 prägt MacFarlane Burnet den Begriff des Hayflick-Limits für die begrenzte Teilungsfähigkeit normaler Zellen und grenzt ihn ab gegen gewöhnlich unsterbliche Krebszellen. Ein Jahr später beschreiben George F. Köhler und César Milstein erstmals die Dauerkultur fusionierter Zellhybride (Lymphozyten mit Krebszellen), die als erste Hybridoma-Zelllinie für die Herstellung von Antikörpern eingesetzt wird. Im gleichen Jahr wird die biologische Uhr der Zellen, der Replikometer, im Zellkern lokalisiert. Elizabeth Blackburn entdeckt in Wimpertierchen, dass die Telomere aus hintereinandergeschalteten Repeats bestehen. Carol Greider und Elizabeth Blackburn entdecken ein Jahrzehnt später das Unsterblichkeitsenzym Telomerase.

1981 wandelt Hayflick mit einem chemischen Karzinogen und Strahlung eine normale humane Zellpopulation zu einer unsterblichen Zelllinie um. 1998 weisen Woodring Wright und die US-Firma Geron nach, dass die Chromosomen-Kappen, die Telomere, der von Hayflick postulierte Replikometer sind. Jerry Shay und Wright zeigen 2000 am Tiermodell der Scid-Maus (Scid = severe combined immunodeficiency), wie hTERT-immortalisierte Zellen (hTERT: humane telomerase reverse transkriptase) bei der Entwicklung von Techniken zur Gewebeanzucht eingesetzt werden können.

Ersatzmodell, Forscherwerkzeug, Fabrik und Prüfmedium

Heute hat sich die Zellkulturtechnik zu einer der am weitesten verbreiteten Ersatztechniken für Tierversuche entwickelt. In der zell- und biotechnologischen Forschung ist sie zu einem unverzichtbaren Werkzeug geworden. In der biomedizinischen Forschung ist die Erzeugung von zurückprogrammierten Stammzellen (induzierte pluripotente Stammzellen) nach einem Hype mit embryonalen Stammzellen zu einem der am schnellsten wachsenden Gebiete geworden. 2010 wandelt ein österreichischer Stammzellforscher im Labor Hautzellen einer Maus in Nervenzellen um, später gelingt dies in Zellkultur mit menschlichen Zellen.

Zellzyklus, das A und O der Zellkulturtechnik

Immunhistochemische Aufnahme von Keratin und Desmosomen in humaner Tumorzelllinie ACH1P © DSMZ

Ohne genaue Kenntnis des Zellzyklus lässt sich mit Zellkultur weder vernünftig forschen noch verlässlich produzieren oder testen. So stellen bestimmte Zelltypen wie Nerven- und Leberzellen oder Lymphozyten ihr Wachstum ein, wenn sie ausgereift sind. Diese Ruhephase kann Wochen bis Monate dauern, Lymphozyten beispielsweise können diese durch Zugabe pflanzlichen Lektins aber verlassen.

Reguliert wird der Zellzyklus durch viele innere wie äußere (vor allem physiologische) Parameter. Zellen stoppen ihr Wachstum, wenn ihnen Nachbarzellen zu nahe kommen (Kontakthemmung) oder beschädigtes Erbgut entsprechende Signale aus oder in die Zelle sendet. Wesentlich ist ein ausreichendes Angebot an Nährstoffen; hungern Zellen, hören sie auf zu wachsen, streiken und betreiben Zellzyklusarrest. Auch interne Faktoren regulieren den Zyklus; so teilen sich Zellen erst ab einer bestimmten Größe oder wenn die Verdopplung des Erbguts vollständig ist. Diese Faktoren markieren so etwas wie Kontrollpunkte; es gibt solche für DNA-Schäden und für die Spindelbildung (in der Metaphase während der M-Phase).

Die molekularen Kontrollmechanismen des Zellzyklus muss man sich als komplexes Zusammenspiel spezieller Zyklus-Proteine wie Cycline, Cyclin-abhängige Kinasen, andere Kinasen und Phosphatasen vorstellen. Desgleichen regulieren auf negativem Wege zwei Klassen von Inhibitoren (CIP = CDK inhibitory proteins; INK4 = Inhibitor of kinase 4) den Zellzyklus. In das feine Räderwerk des zellulären Lebensablaufes greifen auch Tumorsuppressorgene und Protoonkogene ein.

Der programmierte, genetisch kontrollierte Selbstmord (Apoptose) und die meist von äußeren Einflüssen (wie verletztes Gewebe) herbeigeführte Nekrose sind die von der Wissenschaft benannten Formen des Zelltodes, der aus Sicht der Zellbiologen physiologisch ebenso wichtig ist wie die Vermehrung.
Da Forscher vielfach mit Krebszellkulturen arbeiten, sollten sie deren Unterschiede zu gesunden, normalen Zellen kennen. Entartete Zellen weisen eine gesteigerte Proliferation auf, verfügen über eine eingeschränkte Apoptose, haben keine oder inaktivierte regulatorische Proteine, sind genomisch instabil, unsterblich, haben keine Kontakthemmung mehr und sprechen nicht auf Wachstumsfaktoren an.

Anders als bei Tumor- oder transformierten Zellen müssen primäre Zellen erst experimentell zu unsterblichen gemacht werden, was oft durch Zugabe mutagener Agenzien, Strahlung und eingeschleustes fremdes Erbgut geschieht. Fremde DNA kann in Wirtzellen entweder durch Transfektion (Calciumphosphat-Präzipitation, Elektroporation oder auch lipidvermittelte Transfektion) oder Transformation (oft virale Infektion) eingebracht werden.

Zellkulturen, Zelllinien und ungebetene Gäste

Schrecken vieler Zellkulturen. Diese elektronenmikroskopische Aufnahme zeigt eine HeLa-Zelllinie, die mit spaghettiförmigen Mycoplasmen infiziert ist. © DSMZ

Für nahezu jede Frage halten Zellkulturbanken wie ATTC (American Type Culture Collection), ECACC (European Collection of Cell Cultures), DSMZ (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen) oder JCRB (Japanese Collection of Research Bioresources) eine passende Zelllinie oder einen geeigneten Zellklon aus einer Vielzahl von Spezies parat. Zwar setzt in der Wissenschaftswelt allmählich ein Umdenken ein, doch immer noch weisen zahlreiche Zelllinien Kontaminationen (im zweistelligen Prozentbereich) auf oder stammen aus anderem Gewebe oder sogar einer anderen Spezies. Dies bestätigt Hans Drexler, Bereichsleiter menschliche und tierische Zellen am DSMZ. Sein Kollege Willi Dirks identifiziert die eingehenden Zelllinien mit DNA-Fingerprinting und hat mit JCRB und ATTC einen Online-Identitätscheck humaner Zelllinien erarbeitet, die mit einer riesigen Datenbank abgeglichen werden. 

Es lassen sich sterbliche (finite) von unsterblichen (permanente/kontinuierliche) Zellkulturen unterscheiden. Humane finite Zellkulturen entstammen gewöhnlich von aus Körperflüssigkeiten (Pleurasekret, Fruchtwasser) isolierten Zellen. Nur zeitlich begrenzt vermehrbare Zellen können auch Geweben und Organen von Mensch, Tier und Pflanze entnommen worden sein.

Im Labor lässt sich Unsterblichkeit herstellen

Permanente Kulturen sind entweder aus Tumorzellen, transformierten bzw. stabil transfizierten (also gentechnisch manipulierten) Zellen hervorgegangen oder sind mit Telomerase immortalisierte Zellen, die im Prinzip in entsprechenden Medien unsterblich sind. Viele auf Tumorzellen basierende Dauerkulturen haben nur mehr sehr wenige ihrer ursprünglichen Eigenschaften behalten; sie wachsen auf Weichagar oder verfügen über deutlich mehr Chromosomen.

Wer mit einer normalen, aber permanenten Zelllinie arbeiten will, kann auf solche zurückgreifen, die durch Transfektion mit Telomerase unsterblich gemacht wurden. Diese h-TERT-Zelllinien (human Telomerase Reverse Transcriptase) ermöglichen langfristige biochemische und physiologische Untersuchungen des Zellwachstums.

Dauerkulturen weisen einen „transformierten Phänotyp“ auf. Diese Zellen haben eine andere Morphologie; normalerweise anhaftende Zellen können diese Fähigkeit wie auch die Kontakthemmung verlieren oder ohne Substratkontakt wachsen. Zellen in Dauerkulturen sind unabhängiger von Wachstumsfaktoren, ihre Ansprüche an das Serum sinken, gewöhnlich weisen sie Chromosomenaberrationen, Aneuploidien oder beides auf. Weiterhin altern diese Zellen nicht, können sich unbegrenzt teilen und haben oft die Fähigkeit zur Apoptose verloren. Transformierte Zellen müssen nicht bösartig sein. Ihr Vorteil liegt wie bei Tumorzellen darin, dass sie ständig verfügbar sind; nachteilig allerdings ist, dass sie sich vom In-vivo-Ursprung entfernt haben.

Da Primärzellen diejenigen Zellkulturen sind, welche am wenigsten verändert sind und den Bedingungen im Organismus am nächsten kommen, eignen sie sich für Fragen zu Zellstoffwechsel oder Zellmorphologie, desgleichen auch für Probanden- oder Patientenstudien. Differenzierungsvorgänge von Immunzellen lassen sich beispielsweise nur an Primärkulturen untersuchen. Auch für Genuntersuchungen auf Expressionsebene bevorzugt man Primärzellen, die sich wegen ihrer physiologischen In-vivo-Nähe für zellbasierte Screeningverfahren besser eignen. Primärzellen stehen aus diesen Gründen zwischen den künstlichen Zellkultursystemen und den In-vivo-Tierversuchen.

Einsatzmöglichkeiten der Zellkulturen

Bei Boehringer Ingelheim in Biberach werden biotechnische Medikamente auf der Basis von Zellkulturen hergestellt. Im Bild das Animpfen der Zellkulturen im Labor als erste Stufe der späteren Zellvermehrung im großtechnischen Maßstab. © Boehringer Ingelheim

Mit Hilfe von Zellkulturen lassen sich viele grundlegende Prozesse untersuchen, ohne dass Tiere dafür ihr Leben lassen müssen. Für manche Zusatzstoffe wie Seren allerdings oder für die Organentnahme müssen auch Tiere sterben. Als Alternative zum Tierversuch stellen Zellkultursysteme häufig einen sinnvollen Ersatz dar. Entscheidender Vorteil der Zellkultur ist, dass sie sich genau kontrollieren und standardisieren lässt, durch Temperatur oder Nährstoffmedien.

Zellkulturtechnik ist aber nicht nur ein Forschungsinstrument: In Bioreaktoren dienen gentechnisch umprogrammierte Zellen als pharmazeutische Fabriken, in denen Biopharmazeutika zur Behandlung zahlreicher Krankheiten produziert werden. Deren Herstellung ist seit nahezu 20 Jahren etabliert. Sehr häufig zum Einsatz kommen zum Beispiel CHO-Zellen (Chinese Hamster ovary), oder Insektenzellen mit Baculovirus-Expressionssystem.

Die  zunehmende Verschmelzung von Zellbiologie, Molekularbiologie, Bioverfahrenstechnik und funktioneller Genomanalyse und Bioinformatik könnte der Zellkulturtechnik den Weg in modellhaft-theoretische Dimensionen (Systembiologie) weisen.

Naturgemäß spielen Säugetierzellen die größte Rolle in der pharmazeutischen Forschung. Für die pharmazeutischen Produktion in Bioreaktoren sind aber auch Pflanzenzellen, Bakterien und Pilze relevant.

Mit Hilfe von Zellkulturen lassen sich viele Fragen beantworten oder zumindest erklären und untersuchen: Das können intrazelluläre Parameter wie die DNA-Synthese im Kern oder die Proteinregulation sein oder die Transport- oder Signalwege in der Zelle. Auf zellulärer Ebene lassen sich auch viral bedingte Infektionsmechanismen aufklären und Differenzierungsprozesse induzieren. Mit Hilfe von Zellkulturen werden Implantate, pharmazeutische Wirkstoffkandidaten, umweltgefährdende oder andere chemische Stoffe auf ihre Toxizität untersucht (vgl. hierzu beispielsweise das EU-Projekt DETECTIVE: Detection of endpoints and biomarkers of repeated dose toxicity using in vitro systems).


Quellen (Auszug):

Sabine Schmitz, Zellkultur (Reihe Experimentator), Heidelberg  2009.
Olaf Fritsche, Biologie für Einsteiger, Heidelberg 2010.
Reinhard Renneberg, Biotechnologie für Einsteiger, Heidelberg 2006
DSMZ - Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen, Braunschweig (www.dsmz.de)

Glossar

  • Antikörper sind körpereigene Proteine (Immunglobuline), die im Verlauf einer Immunantwort von den B-Lymphozyten gebildet werden. Sie erkennen in den Körper eingedrungene Fremdstoffe (z. B. Bakterien) und helfen im Rahmen einer umfassenden Immunantwort, diese zu bekämpfen.
  • Bakterien sind mikroskopisch kleine, einzellige Lebewesen, die zu den Prokaryoten gehören.
  • Biotechnologie ist die Lehre aller Verfahren, die lebende Zellen oder Enzyme zur Stoffumwandlung und Stoffproduktion nutzen.
  • Chromosomen sind die unter dem Mikroskop sichtbaren Träger der Erbanlagen. Die Anzahl der im Zellkern vorhandenen Chromosomen ist artspezifisch. Beim Menschen sind es zweimal 23. Mit Ausnahme der Geschlechtschromosomen liegen Chromosomen in Körperzellen sowie in befruchteten Eizellen paarweise als sog. homologe Chromosomen vor. In den Keimzellen ist nach Abschluss der Reifungsteilungen nur ein einfacher Chromosomensatz vorhanden.
  • Körperzellen sind diploid, d.h. sie besitzen einen doppelten Chromosomensatz (z. B. Mensch 2 x 23 Chromosomen). Einer stammt von der Mutter, der andere vom Vater.
  • Desoxyribonukleinsäure (DNS / DNA) trägt die genetische Information. In den Chromosomen liegt sie als hochkondensiertes, fadenförmiges Molekül vor.
  • Die Elektroporation ist ein Verfahren, um DNA mit einem kurzen elektrischen Impuls in Zellen einzuschleusen; es findet Verwendung hauptsächlich bei Hefen und Pflanzenzellen.
  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Das Genom ist die gesamte Erbsubstanz eines Organismus. Jede Zelle eines Organismus verfügt in Ihrem Zellkern über die komplette Erbinformation.
  • Gentechnik ist ein Sammelbegriff für verschiedene molekularbiologische Techniken. Sie ermöglicht, DNA-Stücke unterschiedlicher Herkunft neu zu kombinieren, in geeigneten Wirtszellen zu vermehren und zu exprimieren.
  • Lymphozyten sind eine Klasse der weißen Blutkörperchen, die in B- und T-Lymphozyten unterteilt werden und bei der Immunantwort des Körpers unterschiedliche Funktionen übernehmen (z. B. produzieren B-Lymphozyten Antikörper).
  • Mit Mutagenese ist die Erzeugung von Mutationen gemeint, die u. a. durch UV-Licht oder andere Strahlung sowie zahlreiche Chemikalien ausgelöst werden.
  • Für den Begriff Organismus gibt es zwei Definitionen: a) Jede biologische Einheit, die fähig ist, sich zu vermehren und selbstständig, d. h. ohne fremde Hilfe, zu existieren (Mikroorganismen, Pilze, Pflanzen, Tiere einschließlich Mensch). b) Legaldefinition aus dem Gentechnikgesetz: „Jede biologische Einheit, die fähig ist, sich zu vermehren oder genetisches Material zu übertragen.“ Diese Definition erfasst auch Viren und Viroide. Folglich fallen gentechnische Arbeiten mit diesen Partikeln unter die Bestimmungen des Gentechnikgesetzes.
  • Der Phänotyp beinhaltet alle sichtbaren Eigenschaften eines Organismus. Er wird vom Genotyp (der genetischen Ausstattung) und der Umwelt bestimmt.
  • Proteine (oder auch Eiweiße) sind hochmolekulare Verbindung aus Aminosäuren. Sie übernehmen vielfältige Funktionen in der Zelle und stellen mehr als 50 % der organischen Masse.
  • Screening kommt aus dem Englischen und bedeutet Durchsiebung, Rasterung. Man versteht darunter ein systematisches Testverfahren, das eingesetzt wird, um innerhalb einer großen Anzahl von Proben oder Personen bestimmte Eigenschaften zu identifizieren. In der Molekularbiologie lässt sich so z.B. ein gewünschter Klon aus einer genomischen Bank herausfiltern.
  • Transfektion ist die Bezeichnung von Verfahren zum Einschleusen fremder DNA in eukaryotische Zellen.
  • Transformation ist die natürliche Fähigkeit mancher Bakterienarten, freie DNA aus der Umgebung durch ihre Zellwand hindurch aufzunehmen. In der Gentechnik wird die Transformation häufig dazu benutzt, um rekombinante Plasmide, z. B. in E. coli, einzuschleusen. Hierbei handelt es sich um eine modifizierte Form der natürlichen Transformation.
  • Ein Virus ist ein infektiöses Partikel (keine Zelle!), das aus einer Proteinhülle und aus einem Genom (DNA oder RNA) besteht. Um sich vermehren zu können, ist es vollständig auf die Stoffwechsel der lebenden Zellen des Wirtsorganismus angewiesen (z.B. Bakterien bei Phagen, Leberzellen beim Hepatitis-A-Virus).
  • Apoptose ist die Bezeichnung für den programmierten natürlichen Zelltod, der durch den enzymatischen Abbau zelleigener DNA und Proteine gekennzeichnet ist. Die Apoptose kann durch verschiedene Faktoren ausgelöst werden. Krebszellen haben die Fähigkeit entwickelt, die Apoptose zu umgehen und können sich weiter teilen.
  • Bioinformatik ist eine Wissenschaft, die sich mit der Verwaltung und Analyse biologischer Daten mit Hilfe modernster Computertechnik, befasst. Dient derzeit hauptsächlich zur Vorhersage der Bedeutung von DNA-Sequenzen, der Proteinstruktur, des molekularen Wirkmechanismus und der Eigenschaften von Wirkstoffen. (2. Satz: mwg-biotech)
  • Biopharmaka sind Arzneimittel, die mit Hilfe von biologischen Systemen hergestellt werden.
  • Ein Bioreaktor ist ein geschlossenes System, in dem mikrobielle Umsetzungen organischer Substanzen unter kontrollierten Bedingungen stattfinden und gemessen werden können.
  • Embryonale Stammzellen sind Zellen, die aus dem frühen Blastozystenstadium von Embryonen, die durch künstliche Befruchtung entstehen, oder aus primordialen Keimzellen von fünf- bis neunwöchigen abgetriebenen Föten, gewonnen werden. Embryonale Stammzellen können in Gewebekultur praktisch unbegrenzt ohne Anzeichen des Zellalterns vermehrt werden und sind pluripotent, d. h. sie haben die Fähigkeit, sich zu vielen, möglicherweise allen der ungefähr 200 verschiedenen Zelltypen des Körpers zu differenzieren.
  • Zellen, die fähig sind sich zu jedem anderen Zelltyp des Körpers zu differenzieren, werden als pluripotent bezeichnet. Anders als totipotente Zellen können sie aber keinen neuen Organismus bilden.
  • Proliferation in einem biologischen bzw. medizinischen Kontext bedeutet Zellvermehrung infolge von Zellteilung bzw. Gewebsvermehrung. Sie tritt z. B. bei Wundheilung, Regeneration von Gewebe sowie bei Wucherungen auf.
  • Stammzellen sind Zellen, die die Fähigkeit zur unbegrenzten Zellteilung besitzen und die sich zu verschiedenen Zelltypen ausdifferenzieren können. Stammzellen können aus Embryonen, fötalem Gewebe und aus dem Gewebe Erwachsener gewonnen werden. In Deutschland ist die Gewinnung embryonaler Stammzellen verboten.
  • Eine Zellkultur ist ein Pool von gleichartigen Zellen, die aus mehrzelligen Organismen isoliert wurden und in künstlichem Nährmedium für Forschungsexperimente im Labor (in vitro) gehalten werden.
  • Eine Zelllinie ist eine dauerhaft etablierte Zellkultur, die sich unter definierten Bedingungen unbegrenzt vermehrt.
  • Ein Tumor ist eine Gewebsschwellung durch abnormales Zellwachstum, die gutartig oder bösartig sein kann. Gutartige (benigne) Tumore sind örtlich begrenzt, während Zellen bösartiger (maligner) Tumore abgesiedelt werden können und in andere Gewebe eindringen können, wo sie Tochtergeschwulste (Metastasen) verursachen.
  • Eine Biopsie ist eine Entnahme und Untersuchung von Gewebe aus dem lebenden Organismus. Sie wird oft eingesetzt, um zu klären, ob ein Tumor gutartig oder bösartig ist.
  • Inhibitoren sind Stoffe, die chemische oder biologische Reaktionen verlangsamen oder verhindern.
  • Kinasen sind Enzyme, die eine Phosphatgruppe von ATP (Adenosintriphosphat) auf andere Enzyme oder chemische Verbindungen übertragen und diese somit phosphorylieren.
  • Biochemie ist die Lehre von den chemischen Vorgängen in Lebewesen und liegt damit im Grenzbereich zwischen Chemie, Biologie und Physiologie.
  • Cycline sind Proteine, die eine Schlüsselrolle in der Steuerung des Zellzyklus spielen. Sie werdend zellzyklusabhängig reguliert und aktivieren Cyclin-abhängige Kinasen.
  • Die Molekularbiologie beschäftigt sich mit der Struktur, Biosynthese und Funktion von DNA und RNA und und deren Interaktion miteinander und mit Proteinen. Mit Hilfe von molekularbiologischen Daten ist es zum Beispiel möglich, die Ursache von Krankheiten besser zu verstehen und die Wirkungsweise von Medikamenten zu optimieren.
  • Die Expression ist die Biosynthese eines Genprodukts (= Umsetzung der genetischen Information in Proteine). Sie erfolgt in der Regel als Transkription von DNA zu mRNA und anschließender Translation von mRNA zu Protein.
  • kb ist die Abkürzung für Kilobase. Diese Einheit für die Länge von DNA- oder RNA-Molekülen entspricht 1.000 Basen bzw. Basenpaaren der Nukleinsäure.
  • Toxizität ist ein anderes Wort für Giftigkeit.
  • Die Zelldifferenzierung bezeichnet die Spezialisierung von Zellen in Bezug auf ihre Funktion und ihre Struktur. So entstehen aus undifferenzierte Stammzellen verschiedene Zelltypen wie Herzmuskel-, Nerven- oder Leberzellen, die ganz unterschiedlich ausssehen und verschiedene Aufgaben erfüllen.
  • Die Computertomographie (CT) ist ein bildgebendes Verfahren zur Darstellung von Strukturen im Körperinneren. Dabei werden Röntgenaufnahmen aus verschiedenen Richtungen gemacht und anschließend rechnerbasiert ausgewertet, um ein dreidimensionales Bild zu erhalten.
  • Die Morphologie ist die Lehre von der Struktur und Form der Organismen.
  • Die Zytologie oder auch Zellbiologie ist eine Disziplin der Biowissenschaften, in der mit Hilfe mikroskopischer und molekularbiologischer Methoden die Zelle erforscht wird, um biologische Vorgänge auf zellulärer Ebene zu verstehen und aufzuklären.
  • Molekular bedeutet: auf Ebene der Moleküle.
  • Physiologie ist die Lehre von den biochemischen und physikalischen Vorgängen in Zellen, Geweben und Organen der Lebewesen.
  • Wachstumsfaktoren sind Proteine, die die Vermehrung und die Differenzierung von spezifischen Zelltypen und Geweben eines Organismus anregen.
  • HeLa ist eine sehr bekannte Zelllinie, die aus Zellen von Henrietta Lacks entstand.
  • Tumorsuppressorgene sind Gene, deren Produkte die Zellteilung kontrollieren oder die Apoptose (programmierter Zelltod) auslösen, z.B. p53.
  • Als Nekrose bezeichnet man den sichtbaren Zerfall von Zellen und Gewebe im Organismus. Durch Gifte und Bakterien werden Schäden in der Zelle produziert, was physiologisch in einer Anschwellung am entsprechenden Bereich sichtbar wird. Auf molekularer Ebene kommt es durch schädigende Einflüsse zu einer erhöhten Membranpermeabilität mit anschließender Auflösung der Membran. Durch das Fehlen der Membran werden die gesamten Inhalte der Zellen unkontrolliert in die Zellumgebung abgegeben. Eine entstehende Entzündungsreaktion lockt Makrophagen an, die für den zelleigenen Abbaumechanismus des Erregers sorgen. Nekrosen kommen sowohl bei Tier und Mensch, als auch bei der Pflanze vor. Apoptose (= programmierter Zelltod) wird im Gegensatz zu Nekrose von der Zelle selbst aktiv durchgeführt, indem zelleigene Proteine kontrolliert enzymatisch abgebaut werden.
Seiten-Adresse: https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/de/fachbeitrag/dossier/zellkulturtechnik-mit-nervenfasern-von-froeschen-fing-alles-an/