Lonza: Serumfreie Zellkultur - Pro und Kontra

Lonza serumfreie Zellkultur

Serumfreie Zellkultur ist ein topaktuelles Thema in der Forschung. Erfahren Sie hier, wo die Vorteiles dieses Zugangs liegen und worauf Sie achten sollten.

Der herkömmliche Zugang:

Die in vitro Zellkultur muss, damit Zellen wachsen können, so gut wie möglich in vivo Bedingungen nachstellen. Im Normalfall wird dafür Serum unterschiedlichster Herkunft zu klassischem Kulturmedium zugegeben. Serum ist wichtig als Quelle für Wachstumsfaktoren, Hormone, Lipide und Mineralien. Die Zelladhärenz wird begünstigt. Klassische Zellkulturmedien wie DMEM und RPMI werden üblicherweise mit mindestens 5-10% Serum supplementiert.

Die Verwendung von Serum hat aber auch Nachteile. Zum einen ist da der Kostenfaktor. Qualitativ hochwertige Seren kosten im Regelfall viel Geld. Auch die Zusammensetzung eines Serums ist nicht genau definiert, die Variabilität ist groß, normalerweise sind Lot-spezifische Testungen nötig. Nicht geklärt ist auch die Präsenz von Viren, Prionen-Aktivität und eventuellen zytotoxischen Agenzien. Ebenso können auch unerwünschte Nebeneffekte wie Stimulation und/oder Inhibierung von Zellwachstum oder speziellen Zellfunktionen auftreten.

Was ist nun ein serumfreies Medium?

Lonza - serumfrei Grundsätzlich unterscheidet man nicht-definiertes serumfreies Medium (SFM), welches noch undefinierte pflanzliche und tierische Bestandteile beinhalten kann, und chemisch definiertes serumfreies Medium, hier ist die genaue Zusammensetzung bekannt.

Unterschieden werden proteinfreies SFM, welches keinen Bestandteil >10000 MW beinhaltet, Xeno-free Medium, also ohne Proteine nichthumanen Ursprungs, chemisch definiertes SFM, also ohne Extrakte und Hydrolysate und nur Komponenten mit bekannter Struktur und Gewicht und letztlich NAO SFM, also alle Bestandteile sind non animal origin, nicht tierischen Ursprungs.

Die Vorteile können wie folgt zusammengefasst werden:

SFM bietet mehr Konsistenz und Reproduzierbarkeit. Die Anzahl der Variablen wird reduziert, die Kontrolle über die physiologischen Kulturbedingungen verbessert, die Performance der Kultur wird konsistenter, das Risiko für Mycoplasmen-Kontamination wird minimiert.
Die Kosten werden durch den Verzicht auf Serum reduziert. Downstream Protein Reinigung wird vereinfacht, die Proteinausbeute ist in SFM oft höher.

Was ist noch zu beachten:

Das Cell Weaning, die Adaptierung auf serumfreie Bedingungen, wird einige Zeit beanspruchen, dieser Prozess kann Wochen dauern. Ist das einmal gemacht erübrigen sich aber batch-spezifische Tests. Es kann sein, dass die Zellen langsamer wachsen und sensitiver gegenüber Stress wie Shifts im pH, Temperatur, Osmolarität, enzymatische Behandlungen und Scherkräften werden. Die effektiven Kosten der Kultur sind nicht so einfach zu berechnen, es geht nicht nur um den Verbrauch an Flaschen, relevant ist hier die Gesamtausbeute an (rekombinanten) Protein pro verbrauchten Liter Medium.

Zum Weaning der Zellen gibt es zwei unterschiedliche Zugänge. Einerseits der direkte Transfer, andererseits die sequentielle Adaptierung, entweder durch Medienersatz oder Serum-Verdünnung. Der direkte Transfer spart zwar Zeit, hat aber ein höheres Risiko die Zellen zu verlieren. Generell wird für adhärente Zellen und Suspensionskulturen eine Zellzahl von mindestens 3x10⁵ empfohlen und adhärente Kulturen sollten nicht mehr als 1:3 gesplittet werden.

Anwendung finden SFM in der Zell- und Gentherapie sowie bei der Expression von rekombinanten Proteinen und Antikörpern in unterschiedlichen Maßstäben. Häufig verwendet werden CHO Zellen, HEK 293 Zellen, NS0 Zellen und die Insekten Zellen SF2, SF9, Hi5.