Ein neuartiges Online-?berwachungssystem

Nicht-invasive Sauerstoffdetektion in Chondrocytenkulturen

Für die Optimierung von Zellkultursystemen ist es unerl?sslich, wichtige Stoffwechselparameter wie Sauerstoff und pH-Wert quantitativ zu überwachen und gegebenenfalls auf physiologische Werte einzustellen. Abweichungen von physiologischen Grenzwerten verursachen wesentliche Ver?nderungen des Zellwachstums und der Zelldifferenzierung. Der neue SDR SensorDish? Reader erm?glicht die nicht-invasive Online-?berwachung von Sauerstoff und pH in Zellkulturmedien. Dies wird durch ein neuartiges 3D-Chondrozyten-Kulturmodell veranschaulicht.

Um die optimale Wachstumsmatrix zu charakterisieren (Giere, 2005), wurde die Wirkung von drei verschiedenen vorbehandelten Kollagenmatrizen auf den Sauerstoffmetabolismus von Chondrozyten aus einer Schweinerippe parallel untersucht. Wir verwendeten den SensorDish? Reader (Abb. 1), um detaillierte Einblicke in den Sauerstoffverbrauch und damit die Stoffwechselaktivit?t w?hrend des Zellwachstums zu erhalten, und erste Rückschlüsse auf die Eignung der drei Matrizen als Wachstumssubstrat zu ziehen.

Material & Methoden

Die drei Matrizen wurden mit einem der folgenden Kollagenase-Typen vorbehandelt: Kollagenase A (0,2 %), Kollagenase II (0,1 %) und Kollagenase II (0,3 %). Unter Verwendung von PreSens 24-Well OxoDishes? wurden die Chondrozyten parallel auf diesen Matrizen (n = 8) über einen Zeitraum von insgesamt vier Wochen kultiviert. Das Kulturmedium in den Wells wurde in Intervallen von drei Tagen ausgetauscht. Wir überwachten die Sauerstoffkonzentration im Kulturmedium w?hrend der gesamten Kultivierungszeit online mit der SensorDish? Reader Software. Der individuelle Sauerstoffverbrauch pro Stunde und Well 24 h nach Medienwechsel wurde durch Vergleich des Sauerstoffgehalts in der Zellkulturprobe und in Kontrollmedium ohne Zellen berechnet.

Eine multivariate Statistik-Analyse des Sauerstoffverbrauchs der Proben gab Aufschluss über die optimale Tr?germatrix für die Chondrozyten. Kulturen aus Matrizen, die mit Kollagenase II (0,1 %) vorbehandelt wurden, zeigten Sauerstoffverbrauchsraten, die 2,9 mal h?her waren als bei Matrizen mit Kollagenase A (0, 2%) Vorbehandlung (2). Matrizen mit einer Vorbehandlung mit Kollagenase II (0,1 %) erwiesen sich als geeignetes Wachstumssubstrat, hinsichtlich maximaler Stoffwechselaktivit?t. Unabh?ngig von der Kollagenmatrix zeigten alle drei Kulturen nach dreiw?chiger Kultivierung ein signifikantes Maximum an metabolischer Aktivit?t. In der vierten Woche nahm die Stoffwechselaktivit?t signifikant ab.

Genaue Aussagen über die oxidativen Metabolismusraten

Die vorgestellten Daten zeigen, dass die nicht-invasive SensorDish? Reader-Technologie quantitativ pr?zise Aussagen über die oxidativen Stoffwechselraten von Zellkulturen unter definierten physiologischen Bedingungen erm?glicht. ?hnliche Studien k?nnten durchgeführt werden, um z. B. die ideale Zusammensetzung des Kulturmediums oder den Effekt zus?tzlich hinzugefügter Wachstumsfaktoren auf den Zellstoffwechsel zu untersuchen. Weitere Einsatzgebiete des neuen SensorDish? Readers sind neben der Zell- und Gewebezüchtung toxikologische in vitro Studien, die das sichere Testen potentiell sch?dlicher Substanzen erm?glichen, Wirkstoff-Screenings zur Identifizierung physiologisch wirksamer neuer Moleküle sowie Umweltanalysen (BOD-Test). Der kompakte und robuste SensorDish? Reader erm?glicht schnelle und quantitative Einblicke in Stoffwechselprozesse unter Einhaltung steriler Bedingungen. Er erlaubt hochparallelisiertes, nicht-invasives Sauerstoff- und pH-Screening für Zellkulturstudien. Forschungsziele k?nnen schneller erreicht werden wobei Aufwand und Kosten deutlich reduziert sind.

Referenzen
Bettina Giere, 2005, Experimentelle Untersuchungen zur Herstellung einer bioartifiziellen Trachea, Dissertation, Tier?rztliche Hochschule Hanover, Deutschland.