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Fetales oder fatales Kälberserum? Das Schmuddelkind der Zellkultur

Von Toni Lindl, München, und Gerhard Gstraunthaler, Pfaffenhofen


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Seit fetales Kälberserum in den Fünfzigerjahren eingeführt wurde, versuchen Wissenschaftler, den umstrittenen Zusatz durch definierte Substanzen zu ersetzen. Der entscheidende Durchbruch ist aber bisher nicht gelungen. Dafür mitverantwortlich ist auch die zögerliche Haltung der Zellkulturgemeinde gegenüber Alternativen.

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Illustr. : iStock / MHJ

Bereits im Jahre 1912, also nur wenige Jahre nachdem Ross Granville Harrison 1906 mit Froschlymphe als Unterlage und Nährmedium für Nervenzellen gearbeitet hatte, schrieben Warren und Margaret Lewis in ihrer Abhandlung über die Kultur von Gewebe: “Es wäre wünschenswert, wenn ein künstliches Medium gefunden würde, ähnlich dem Plasma, welches bisher für die In-vitro-Zellzüchtung Verwendung findet [1].“

Zwischen 1906 und den frühen Fünfzigerjahren waren alle Anstrengungen, die Züchtung von Zellen in vitro zu verbessern, geprägt von der Suche nach einem einheitlichen Medium, das dieser Anforderung entspricht. Ein erster Ansatz war die Entwicklung physiologischer Salzlösungen (balanced salt solutions) auf Basis der Ionenzusammensetzung des Plasmas. Die Suche nach einem universellen Zellkulturmedium für die Kultivierung der circa 200 verschiedenen Zellen beziehungsweise Zelltypen des menschlichen Körpers ist bis heute noch nicht abgeschlossen.

Nahezu alle Zellen, die schon damals fortlaufend gezüchtet wurden (also Zelllinien mit unbegrenzter Lebensdauer), wuchsen nur mit Zusätzen diverser biologischer Flüssigkeiten. In der Regel waren dies Salzlösungen, versetzt mit Plasmen oder Seren, die meist aus dem Blut von Wirbeltieren gewonnen wurden. Noch 1951 wurden HeLa-Zellen, die erste von George Gey etablierte humane Zelllinie, in einem Medium aus Hühnerplasma, Embryoextrakten und humanem Nabelschnurserum kultiviert.

Die Entwicklung chemisch definierter Grundmedien durch Pioniere wie Harry Eagle, Renato Dulbecco oder Richard Ham in den Fünfzigerjahren führte zwar zu standardisierteren Kulturbedingungen – für eine erfolgreiche Zellproliferation mussten aber weiterhin biologische Flüssigkeiten oder andere Zusätze wie Hefeextrakt oder Rinderkolostrum beigemengt werden.

Theodore Puck war der Erste, der 1958 fetales Kälberserum (FKS) in die Zellkultur einführte. Puck bezog das FKS aus den Schlachthöfen in Colorado. Es setzte sich in der Zellkultur auch deshalb in der Folge durch, weil es neben den vielen günstigen Eigenschaften für die Zellzüchtung auch in größerem Maßstab zur Verfügung stand. FKS wurde zum „Goldstandard“ für die allgemeine Ergänzung (Supplement) von Grundmedien. Mit fetalem Kälberserum lassen sich nahezu 95 Prozent aller Zellen züchten, selbst Insektenzellen wachsen damit gut. Aber auch andere Seren wie Humanserum, Neugeborenen-Kälberserum, Kälberserum, Rinderserum (vor allem von sogenannten Spenderrindern) wurden verwendet, wenn auch in geringerem Maße. Dazu noch Seren von Pferden, Schweinen oder Ziegen.

Die genaue Zusammensetzung von FKS, das in der Zellkultur eingesetzt wird, ist bis heute nicht bekannt. Hinzu kommt, dass einzelne Serum-Chargen starken jahreszeitlichen und geographischen Schwankungen in ihrer quantitativen und qualitativen Zusammensetzung unterliegen. Alle Anstrengungen, ein einheitliches Serum oder einen Serumzusatz zu entwickeln, sind bislang gescheitert.

Deswegen wurde auch in den Jahren nach 1958 zunächst FKS in großem Maßstab für die Zellkultur eingesetzt. Die Inhaltsstoffe von fetalem Kälberserum waren zwar schon damals in groben Zügen bekannt, da man das Blut beziehungsweise das Plasma der Rinder bereits gut analysieren konnte. Erst im Laufe der nächsten Dekaden fand jedoch eine systematische Beprobung und Analytik dieses speziellen Serums statt.

Nach neuesten Untersuchungen finden sich in Serum circa 1.800 Proteine und Peptide sowie bis zu 4.000 Metaboliten. Neben den „normalen“ Komponenten wie Aminosäuren, Salzen, Spurenelementen, Vitaminen, Transportproteinen, Collagenen, Keratinen und Hormonen fand man auch essentielle Faktoren, die für die Zellproliferation von besonderer Bedeutung sind. All diese Inhaltsstoffe sind in wechselnder Menge im FKS enthalten. Entscheidend für die breite Verwendung von FKS war unter anderem, dass es kaum Immunglobuline enthält. Immunglobuline und Komplementfaktoren können für empfindliche Zellen schädlich sein, da sie mitunter zu Immunreaktionen an der Zelloberfläche führen und so für frühe Zellschädigungen in vitro verantwortlich sein können. Störende Komplementfaktoren lassen sich durch Erhitzen von FKS entweder entfernen oder zumindest inaktivieren.

Fetales Kälberserum wird von trächtigen Kühen gewonnen. Hauptproduktionsländer sind Brasilien, Südafrika, Australien, Neuseeland und die USA. Dort weiden Kühe und Bullen gemeinsam in großen freien Herden, sodass immer ein Anteil von circa acht Prozent trächtiger Kühe zur Schlachtung geführt wird. Die Tiere werden dazu in größeren Kontingenten zusammengetrieben, ohne darauf zu achten, ob tragende Muttertiere darunter sind oder nicht. In Europa ist der Anteil trächtiger Rinder durch die konventionelle Stallhaltung relativ gering. Die Gewinnung von FKS zu kommerziellen Zwecken ist in Deutschland nicht erlaubt, ähnliche Gesetze existieren auch in anderen Ländern der EU und den angrenzenden Staaten.

Die Entnahme des fetalen Kälberserums ist mit Schmerzen und Stress für die Rinderföten verbunden. Dies führt regelmäßig zu ethischen Debatten. In der Regel werden die Föten aus den getöteten Mutterkühen separat ausgelöst und möglichst aseptisch in eigene Räume überführt. In diesen wird das fetale Blut auf folgende Weise gewonnen: Der Fötus wird geöffnet, das noch schlagende Herz freigelegt und eine Kanüle mit einem ausreichenden Durchmesser in die Herzkammer eingeführt. Weil das Herz noch schlägt, kann auf diese Weise die größtmögliche Menge fetalen Blutes gesammelt werden.

Mit einer Schlauchpumpe wird das fetale Blut möglichst schonend (!?) in ein steriles Gefäß überführt, wobei einzelne Blutproben in der Regel gepoolt werden – was bedeutet, dass stets mehrere Föten gleichzeitig „ausgeblutet“ werden. Je nach Menge des Blutes setzt dann das schlagende Herz aus. Bis es zum Stillstand der Herztätigkeit kommt, dauert es bis zu fünf Minuten, jedoch kann die Verweildauer der Föten im Gewinnungsraum durchaus längere Zeit betragen. Man muss jedoch betonen, dass die tatsächliche Gewinnung des Blutes aus den abgetrennten Föten sehr variabel und vom Stadium der Gestation abhängig ist. So muss mindestens mit einer Zeitspanne von zwanzig Minuten bis einer Stunde gerechnet werden, und der tatsächliche Zustand des Fötus ist ebenso unklar wie nicht nachvollziehbar. Die meisten Studien beziehen sich auf Einzeluntersuchungen innerhalb der Europäischen Union. Das Gros der Serumlieferanten befindet sich allerdings in Ländern mit einem sehr viel geringeren Bewusstsein und niedrigeren Standards in Hinblick auf das Tierwohl und den Tierschutz.

Diese Problematik wurde von uns bereits 2003 in einem internationalen Workshop zu FKS erstmals thematisiert [2] und 2016 in einem weiteren internationalen Workshop breit diskutiert [3]. Dabei wurde auf die EU-Richtlinie 2010/63/EU hingewiesen, wonach „die Richtlinie auch die Föten von Säugetieren einschließen sollte, da es wissenschaftliche Belege dafür gibt, dass diese im letzten Drittel des Zeitraums ihrer Entwicklung einem erhöhten Risiko ausgesetzt sind, Schmerzen, Leiden und Ängste zu empfinden“.

Das gepoolte Blut wird (meist in sterilen Gefäßen zwischen 50 und 1.000 Litern, je nach Menge des gewonnenen Blutes) mittels eines Rührers oder einer geeigneten Rührvorrichtung für circa zwölf Stunden vorsichtig durchmischt, sodass sich ein einheitlicher Blutkuchen bilden kann. Im Laufe dieses Vorgangs, der bei Raumtemperatur abläuft, setzt sich der verklumpte Teil des zellhaltigen Bestandteils im unteren Bereich ab, während sich das Serum oben als opaque, leicht gelbliche Flüssigkeit sammelt. Nach circa zwölf Stunden wird das Serum, meist mit Hilfe einer größeren Zentrifuge, vom Blutkuchen entfernt und in Zweieinhalb- oder Fünf-Litergefäßen als „Misch- oder Rohserum“ abgefüllt.

Es muss darauf geachtet werden, dass das gewonnene Serum stets gekühlt bleibt und die entsprechende Menge als sogenanntes „Batch“ gehandhabt wird. Es darf nur eine Tagesproduktion als Batch verwendet werden, das Poolen von verschiedenen Batches ist nach den Vorgaben einer einwandfreien Gewinnung nicht zulässig. Das gewonnene Serum ist nicht steril, eine größere Kontamination von Bakterien und Hefen beim Gewinnungsprozess ist strikt zu vermeiden.

Die Durchmischung des Serums während des Einfrierens muss gewährleistet sein, um zu verhindern, dass das Serum ungleichmäßig eingefroren wird. In der Regel wird das gefrorene Rohserum in großen Kühlcontainern zur Endverarbeitung in die Fabriken der großen Serumvertreiber nach USA oder Europa verschickt, wobei meist auch einige Proben als Sterilkontrollen schon am Gewinnungsort verbleiben.

Die Vermarktung von FKS ist ein lukratives Geschäft. Die Nachfrage ist groß und stetig steigend, der Markt ist aber eher undurchsichtig. Trotz intensiver Recherchen findet man keine verlässlichen Zahlen über den weltweiten Bedarf an FKS sowie darüber, ob dieser überhaupt gedeckt werden kann. Schätzungen gehen von einer Jahresproduktion von circa 800.000 Litern FKS aus, was der Tötung von etwa zwei Millionen Rinderföten entspricht. Die geringe Transparenz des Serummarktes ermöglichte leider auch Fälle von betrügerischen Verfälschungen und dem Verschnitt von FKS.

Meist sind die Regelungen für die Gewinnung und Weiterverarbeitung des Rohserums durch lokale Faktoren limitiert, eine einheitliche oder umfassende Vorschrift, wie die Seren gewonnen und weiterverarbeitet werden, existiert im Moment noch nicht. Jedoch werden Anstrengungen unternommen, das Serumgeschäft transparenter und nachvollziehbarer zu gestalten. Dafür wurde in den frühen Zweitausenderjahren eine Initiative einiger Serumhersteller beziehungsweise -verarbeiter gegründet. Die International Serum Industry Association (ISIA) versucht seit circa zwei Jahrzehnten, einheitliche Standards für Herstellung, Vertrieb und Vermarktung von fetalen Seren zu definieren.

In der Vergangenheit hat sich gezeigt, dass FKS in einigen Fällen in betrügerischer Absicht mit Wasser „gestreckt“ und/oder mit anderen Seren-Arten vermischt und so in den Handel gebracht wurde. Derart verfälschtes FKS wurde in der Wissenschaft und sogar in der pharmazeutischen Industrie eingesetzt, ohne dass die handelnden Wissenschaftler davon Kenntnis hatten. So wurden 1994 Produktionszahlen von 30.000 Litern hochqualitativem FKS aus Neuseeland gemeldet, obwohl damals die Produktionskapazitäten lediglich bei circa 15.000 Litern lagen. Wie konnte das sein? Im Zuge der Übernahme der Firma PAA in Linz durch GE Healthcare wurde im Frühjahr 2013 einer der bislang größten Fälschungsskandale mit gepanschtem FKS publik. Untersuchungen der US Food and Drug Administration ergaben, dass insgesamt 280.000 Liter FKS aus 143 Chargen betroffen waren.

Diese wiederholten Vorkommnisse haben mittlerweile dazu geführt, dass die International Serum Industry Association Richtlinien erarbeitet hat, die mehr Transparenz in den Serummarkt bringen sollen. Es bedurfte allerdings einigen Drucks durch Workshops und Publikationen, um diese „Traceability“ der Serumindustrie zu erreichen, mit der die Herkunft der Seren verifiziert werden kann.

Die geographische Herkunft spielt eine entscheidende Rolle in Bezug auf Qualität und Reinheit von FKS. Auch die Preisunterschiede können beträchtlich sein. Der Ursprung des Serums kann relativ einfach durch die Analyse stabiler Isotope ermittelt werden. Einige Elemente, wie zum Beispiel Kohlenstoff, Phosphor, Stickstoff und Sauerstoff, enthalten verschieden schwere Isotope. Ihr Muster beziehungsweise ihre Mengenverhältnisse verraten die Herkunft von Milch, Wein oder anderen tierischen und pflanzlichen Lebensmitteln.

Diese Stabil-Isotopenanalyse von Rohserum-Chargen hätte schon vor Jahren durchgeführt werden können. Wir haben schon Ende der Neunzigerjahre anhand dieser Isotopenanalyse zeigen können, dass sich fetale Seren je nach Herkunft signifikant unterscheiden [4]. Die Serumindustrie hat nunmehr ebenfalls Anstrengungen unternommen, diese Analysen auch in der FKS-Branche zu propagieren – mit gutem Erfolg. So ist die Herkunft der einzelnen Seren inzwischen klar und transparent per Zertifikat nachzuverfolgen.

FKS ist ein Nebenprodukt der Rindfleischproduktion. Jede Änderung der Fleischproduktionsraten hat direkte Auswirkungen auf die Menge an produziertem FKS, und damit auf dessen Verfügbarkeit und Preis am Weltmarkt. Ursache hierfür können sein: Wetterbedingungen wie Dürre oder Hochwasser, Seuchen aber auch Importverbote von Rindfleisch aus den Produktionsländern. Beispiele dafür gibt es genug. Durch ein Importverbot der EU für brasilianisches Rindfleisch sind 2008 die Fleischproduktion und die damit verbundenen Schlachtungen empfindlich zurückgefahren worden, was zu einem Rückgang an brasilianischem FKS von circa 70 Prozent führte. Letztes Jahr kam es zum Ausbruch einer Mycoplasma bovis-Epidemie in Neuseeland, wodurch rund 150.000 Rinder in circa 190 Farmen gekeult werden mussten. Die weitere Ausbreitung der Epidemie und die Auswirkungen auf die Produktion hochqualitativen neuseeländischen Serums können noch nicht abgeschätzt werden.

Für den „Endverbraucher“, also den Wissenschaftler im Labor, ist die Verwendung von FKS immer noch problematisch. Vor der Bestellung einer neuen Charge ist es unbedingt notwendig, ein Analysenzertifikat und eine Testprobe anzufordern. In der Regel geht aus der Analyse die grobe Zusammensetzung von Salzen, Hormonen, Vitaminen, Lipiden und Kohlenhydraten hervor. Zudem führt sie eine begrenzte Zahl von Proteinen inklusive Serumproteine wie Albumine, Immunglobuline sowie Enzyme auf. Qualitätskriterien für FKS sind unter anderem ein niedriger Hämoglobin- und Endotoxin-Gehalt. Die Hämoglobinkonzentration dient als Indikator dafür, dass während des Gerinnungsvorgangs bei der Serumgewinnung die Erythrozyten nicht zu stark lysiert worden sind. Der Wert des analysierten Hämoglobins sollte zwanzig Milligramm pro hundert Milliliter nicht übersteigen.

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Von besonderer Bedeutung ist auch die Analyse des Endotoxin-Gehalts in FKS. Endotoxine sind Bestandteile gramnegativer Bakterien und damit ein Hinweis auf einen möglichen Bakterien­befall während der Gewinnung des Rohserums. Auch die Osmolarität des Serums sollte untersucht werden, da damit eine unzulässige Vermischung mit Wasser nachgewiesen werden kann. Weiterhin muss ein Zertifikat für die Abwesenheit bestimmter Rinderviren vorliegen, so zum Beispiel von Maul- und Klauenseuche, dem Blauzungenvirus und der Rinderdiarrhöe (BVD).

Ein erhebliches Problem stellte bislang die Kontamination von Serum-Chargen mit Mycoplasmen dar. Der überwiegende Teil von Mycoplasma-Kontaminationen in Zellkulturen stammte früher von verunreinigtem FKS. Durch moderne Filtrationsmethoden (Dreifachfiltration des Serums, < 0,1 µm) werden Mycoplasmen heute erfolgreich aus dem Serum eliminiert.

Nach diesem Exkurs in die Welt der Produktion und Analytik von FKS muss man kritisch hinterfragen, weshalb es seit mehr als 60 Jahren so erfolgreich in der Zellzüchtung eingesetzt wird – und dies sehr wahrscheinlich noch eine längere Zeit so bleiben wird. Es ist derzeit Fakt, dass FKS bei mehr als 90 Prozent aller gezüchteten Zellen als Ergänzung zu den verwendeten Grundmedien benutzt wird.

Das Serum versorgt die Zellen während jeder Phase der Zellproliferation mit nieder- und hochmolaren Stoffen, die ein einfaches Grundmedium nicht liefern kann. Die Eigenschaften dieser Substanzen sind meist unbekannt und wechseln mit jeder neuen Charge. Neben Salzen, Aminosäuren, Fettsäuren, Lipiden, Kohlenhydraten, Vitaminen und Spuren­elementen sind vor allem viele enthaltene Peptide und Proteine bisher wenig erforscht und können auch im Laufe der Kultivierung kaum erkannt werden. Viele Enzyme, Immunglobuline, Transportproteine, Anheftungsfaktoren, Wachstumsfaktoren und Cytokine, die in anderen Fällen gut untersucht sind (zum Beispiel Thrombozytenfaktoren), entgehen der Analyse, weil sie während der Zellkultur abgebaut werden.

Eine wichtige In-vitro-Funktion von FKS ist meist übersehen worden: Die Pufferung des Mediums durch das Serum. Gerade Albumine liefern einen wichtigen Beitrag zur „Zellgesundheit“. Sie sind sehr gut geeignet, fremde oder sogar toxische Stoffe durch unspezifische Bindung zu neutralisieren. Das Serum ist zudem wichtig für die Inhibierung von Proteasen, die meist durch die Freisetzung lysosomaler Proteine bei einem eventuellen Zelltod auftreten. Auch der Trypsinierungsprozess während der Subkultivierung wird durch Zugabe serumhaltigen Mediums gestoppt.

So hat sich im Lauf der vergangenen Jahre FKS als universeller Zusatz zum Grundmedium etabliert, ohne den die Zellkultivierung derzeit nicht denkbar ist. Obwohl in den vergangenen Jahren große Anstrengungen unternommen wurden, serumfreie Medien zu entwickeln und FKS zu ersetzen, ist der Bedarf immer noch steigend. Dies gilt nicht nur für Zellkulturen, die in der Grundlagenforschung eingesetzt werden, sondern auch für Kulturen, die in der biotechnologisch-pharmazeutischen Produktion Verwendung finden.

Die bisherige Praxis, fetales Serum von Rindern als meistgenutzten Zusatz zu den Grundmedien zu verwenden, ist erprobt und weltweit als universal anzusehen – sie ist aber dennoch nur eine „Notlösung“. FKS ist eine absolut unphysiologische Umgebung für kultivierte Zellen. Denn im Körper kommen Zellen – mit Ausnahme der Blutzellen – nie mit Plasmaproteinen in Kontakt. Die Auswirkungen des direkten Kontakts kultivierter Zellen mit Serumproteinen im Kulturmedium ist bislang nicht erforscht.

Von großer Bedeutung ist die hohe Variabilität des gewonnenen Serums, die mangelhafte Konsistenz der Analysen sowie die unbekannten Inhaltsstoffe und Interaktionen mit den Zellen, die bis hin zu toxischen Reaktionen führen können. Auch die hohen jahreszeitlichen und geographischen Schwankungen in der Zusammensetzung des FKS führen zu tiefgreifenden Problemen in der Reproduzierbarkeit von wissenschaftlichen Ergebnissen aus Zellkultur-Experimenten.

Man kann davon ausgehen, dass die In-vitro-Kultivierung von Zellen mit fetalem Kälberserum zu vielen falschen Erkenntnissen führte, weil FKS die natürlichen Prozesse in den Zellen beeinflusst. Die zahlreichen hierfür gefundenen Hinweise wurden jedoch nicht genauer untersucht oder werden schlicht ignoriert. So ändert sich die Zusammensetzung der Zellmembran während des wiederholten Passagierens der Zellen dramatisch und ist abhängig vom Fettsäuregehalt des verwendeten Serums. Mit großer Wahrscheinlichkeit ist eine Zelllinie, die in den letzten Jahren fortlaufend kultiviert wurde, nicht mehr mit der Zelle zu vergleichen, die ursprünglich aus dem Organismus isoliert wurde – also der ursprünglichen Primärkultur.

Auch Ansätze, die ausschließlich mit humanen Komponenten (Plasma, Serum und weitere Produkte) arbeiteten, hatten nur begrenzten Erfolg. So wird die Suche nach einem Zellkulturmedium, das tatsächlich ohne FKS auskommt, weitergehen – zumindest was humane Zellen beziehungsweise Zelllinien betrifft. Bereits in den Sechzigerjahren experimentierten Gordon Sato und David Barnes – übrigens sehr erfolgreich – mit serumfreien, chemisch definierten Medien. Damals wurden die Fakoren identifiziert, die für Wachstum und Proliferation kultivierter Zellen von entscheidender Bedeutung sind. Diese Wachstumsfaktoren wie EGF, FGF, NGF, PDGF oder VEGF, wurden ausgiebig untersucht und sind inzwischen als rekombinant hergestellte Peptide kommerziell erhältlich.

In einem Workshop zur serumfreien Zellkultur haben wir mit einer „Medienpyramide“ die eigenständige Entwicklung eines serumfreien Kulturmediums für bestimmte Zelllinien propagiert [5]. Eine einfache Literaturrecherche nach bereits publizierten und erprobten serumfreien Medien kann ebenfalls zum gewünschten Erfolg führen. Und schließlich bleibt noch die gezielte Suche in einschlägigen Datenbanken, wie zum Beispiel https://fcs-free.org/.

Inzwischen zeichnet sich bei der Suche nach Serumalternativen ein gangbarer Weg ab. Die erfolgversprechendste Entwicklung sind Lysate humaner Thrombozyten-Konzentrate [6]. Die oben genannten mitogenen Wachstumsfaktoren werden während des Gerinnungsprozesses im Rahmen der Serumgewinnung aus aktivierten Thrombozyten freigesetzt. Diese sind nicht nur bei der Blutstillung, sondern auch bei der anschließenden Wundheilung von besonderer Bedeutung.

Daher war es naheliegend, humane Thrombozyten zu lysieren und die entscheidenden Faktoren freizusetzen. Ausgangsprodukt sind abgelaufene Thrombozyten-Spenden aus Blutbanken. Die Lysate sind ein vollwertiger Serumersatz – wenngleich nicht vollständig definiert. Sämtliche Zellkulturversuche mit ihnen verliefen bisher erfolgreich, die Ergebnisse mit humanen Zellkulturen übertrafen sogar bisherige Daten mit FKS.

Leider ist die Resonanz auf die Thrombozyten-Lysate noch sehr gering. Die Wissenschaft scheint daran nicht interessiert zu sein, was sehr bedauerlich ist. So muss man konstatieren, dass auch in den nächsten Jahren nicht zu erwarten ist, dass FKS durch neue, intelligentere Systeme ersetzt wird – und damit alles beim Alten bleibt.

Derzeit existieren in der ganzen wissenschaftlichen Welt keine ernsthaften Anstrengungen, auf fetales Kälberserum zu verzichten. Serumfreies Lysat aus humanen Thrombozyten hätte jedoch eine Chance verdient, FKS in größerem Umfang zu ersetzen.

Dabei sollten die beschriebenen Nachteile von FKS nunmehr hinlänglich bekannt sein! Zumal die serumfreie Zellkultur viele Vorteile bringen würde – etwa genau definierte Kulturbedingungen und damit reproduzierbarere Ergebnisse, erhöhte Biosicherheit, keine ethisch fragwürdige Blutgewinnung aus Rinderföten sowie nicht zuletzt die Unabhängigkeit vom Rindfleisch-Weltmarkt, der Qualität und Preis von FKS bestimmt.

Eine Perspektive für den Ersatz von fetalem Kälberserum eröffnet eine „neue“ Zellkultur, die sich von den bisher verwendeten tierischen Zelllinien entfernt und sich in Richtung In-vitro-Humanmodelle, Organoide und Stammzellkulturen entwickelt – vor allem in der biomedizinischen Grundlagenforschung, aber auch bei therapeutischen Anwendungen.

Bei der Kultivierung adulter sowie induzierter pluripotenter humaner Stammzellen haben Zusätze und Medienkomponenten tierischen Ursprungs keine Berechtigung mehr. So konnte gezeigt werden, dass hoch-immunogene bovine Sialinsäuren des FKS in die Zellmembran humaner Zellen eingebaut werden und diese für jede weitere Verwendung unbrauchbar machen. Deshalb ist es unabdingbar, humane Stammzellen in Zukunft in serumfreien Medien oder mit Medienzusätzen humanen Ursprungs zu kultivieren – etwa in den von uns mitentwickelten Thrombozyten-Lysaten.

Es bleibt dennoch zu hoffen, dass die neuen Trends in der biomedizinischen In-vitro-Forschung den Verzicht auf fetales Kälberserum beschleunigen.



Referenzen

[1] Lewis, W. and Lewis, M., The cultivation of tissues in salt solutions, JAMA 56 (24): 1795-96

[2] Van der Valk, Jan et al., The humane collection of fetal bovine serum and possibilities for serum-free cell and tissue culture, Toxicol. In Vitro 18: 1-12

[3] Van der Valk, Jan et al., Fetal bovine serum (FBS): Past – present – future, ALTEX 35: 99-118

[4] Lindl, Toni, unveröffentlicht

[5] Van der Valk, Jan et al., Optimization of chemically defined cell culture media - replacing fetal bovine serum in mammalian in vitro methods, Toxicol. In Vitro 24 (4): 1053-63

[6] Gstraunthaler, Gerhard und Lindl, Toni, Auf der Suche nach brauchbaren Serumalternativen, BIOspektrum 23(6): 724-25



Zu den Autoren

Toni Lindl gründete 1981 das Institut für angewandte Zellkultur in München und war Professor an der Fachhochschule Weihenstephan. Er ist zusammen mit Gerhard Gstraunthaler Autor des im Springer-Verlag erschienenen Zellkultur-Klassikers „Zell- und Gewebekultur“.

Gerhard Gstraunthaler leitete bis zu seiner Pensionierung 2018 die Gruppe Nierenepithelzell- und Gewebekultur am Institut für Physiologie der Medizinischen Universität Innsbruck. Mit seinen Mitarbeitern entwickelte er ein Thrombozyten-Lysat, das fetales Kälberserum ersetzen kann.


Letzte Änderungen: 15.07.2019

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