| T R E F F P U N K T FO R SC H U N G

© 2013 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim www.biuz.de 3/2013 (43) | Biol. Unserer Zeit | 151

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Durch die 3D-Zellkultur wird einegewebe- oder organtypische Diffe-renzierung der Zellen ermöglicht.Hierbei wird die atypische Wachs-tumsform, die beim Wachstum aufeiner Oberfläche auftritt (Mono-layer), umgangen. Außerdem wer-den die Zellen einer Sauerstoff-und Nährstoffzufuhr ausgesetzt,die derjenigen im ursprünglichenGewebe eher ähnelt als die in derMonolayer-Kultur.

Ist der Forscher daran interes-siert, welche Stoffwechselpro-dukte einer bestimmten ZellartAuswirkungen auf eine andereZell art zeigen, so wird gerne zurso genannten Co-Kultur gegriffen.Bei dieser Kulturmethode werdenzwei oder mehr Zellarten im glei-chen Kulturgefäß kultiviert, wobeidie Zelltypen durch eine Membranvoneinander getrennt werden kön-nen. Stellen Sie sich vor, eine be-stimmte Tumorzellart produziertein Protein, dessen Einfluss Siebeispielsweise auf Endothelzellen,

also auf Zellen, die die Blutgefäßeauskleiden, untersuchen möchten.Je nach Versuchsaufbau (siehe Abbildung) können Sie durch ge-meinsames Kultivieren der beidenZelltypen untersuchen, in wieweitdie Endothelzellen von den Tumor-zellen beeinflusst werden. Wan-dern die Endothelzellen beispiels-weise in Richtung der Tumorzel-len? Wird ihre Proliferationsrate,also das Wachstum beschleunigt?Verändern sie ihr Aussehen oderihre Proteinexpression? Oder gibtes vielleicht überhaupt keinen Zusammenhang?

Dies und mehr wird in der experimentellen Krebsforschungauch mit Hilfe von Tumormodellenuntersucht, die aus multizellulärenAggregaten bestehen. Man nenntsolche Aggregate Sphäroide. Hierkommt dem Forscher die Fähigkeitvon Zellen zugute, unter bestimm-ten Kulturbedingungen spontanzusammenzuklumpen. Mit Hilfeverschiedener Methoden, bei-

spielsweise durch Rundschütteln,durch Wachstum im so genannten„hängenden Tropfen“ oder durchAnzucht in unbeschichteten Petri-schalen wird die Aggregatbildungbegünstigt und die Zellen können3D-Strukturen bilden. Solche Kul-turen kann man dann nutzen, umPermeations- oder Toxizitätsstu-dien durchzuführen. Im Bereichder Krebsforschung können mitdiesen Tumormodellen beispiels-weise die Sauerstoffversorgungund Blutgefäßbildung im Innerendes „Zellklumpens“ untersuchtwerden.

Doch auch für andere For-schungsbereiche ist die 3D-Zellkul-tur hochinteressant. So werden fürverschiedene Gewebe organotypi-sche Äquivalente kultiviert, um dieEigenschaften dieser Gewebe aufzellulärer Ebene besser untersu-chen zu können. Fragen, welchenEinfluss die 3D-Anordnung auf denStoffwechsel der Zellen oder aufandere Zellfunktionen hat, könnenbeantwortet werden. Außerdemwird untersucht, wie verschiedeneZelltypen miteinander interagie-ren. Ein Paradebeispiel ist die Her-stellung künstlicher Haut. Inner-halb der Kulturschale kommt eshier zu Reorganisationen desmehrschichtigen Plattenepithels,die vergleichbar mit den Wachs-tums- und Differenzierungsfähig-keiten der „echten“ Haut sind.

D I E L A B O R S E I T E

3D-Zellkultur und komplexe Zellsysteme Zellen können so gezüchtet werden, dass sie nicht nur neben, sondernauch übereinander wachsen und in Kontakt mit anderen Zelltypen undderen Stoffwechselprodukten stehen. Durch diese Simulation könnenFragen beantwortet werden, die sich mit einer herkömmlichen Mono-layer-Kultur nicht klären lassen.

G U T Z U W I S S E N

Durch die 3D- beziehungsweisedie organotypische Zellkulturkönnen zellbiologische Untersu-chungen durchgeführt werden,die unter Umständen durch dieKultivierung der Zellen als Mono-layer oder durch Experimente amlebenden Tier nicht möglich sind.Die Verwendung von komplexenZellkultursystemen eröffnet so-mit eine elegante Möglichkeit aufTierversuche weitgehend zu ver-zichten oder diese zumindest zureduzieren.

Co-KulturMigrations-

testInvasions-

testWachstum

als Sphäroid

a) b) c) d)

a) Co-Kultur zweier Zelltypen im gleichen Kulturgefäß, durch eine Mem-bran voneinander getrennt. Stoffwechselprodukte können die Membranpassieren und Einfluss auf den anderen Zelltyp nehmen.b) Beim Migrationstest wird eine Membran verwendet, die von den Zel-len passierbar ist. Stoffwechselprodukte der „roten“ Zellen veranlassendie Wanderung der „grünen“ Zellen in die untere Kammer. c) Ähnlich dem Migrationstest wird bei dem Invasionstest die Wanderungder Zellen beobachtet, hier müssen die Zellen jedoch eine Schicht aus Kol-lagen – ähnlich der extrazellulären Matrix – passieren.d) Auch in Form von Sphäroiden lassen sich zwei oder mehrere Zelltypenzusammen kultivieren und die Interaktion beider Zelltypen untersuchen.

ABB. CO - KU LT U R , M I G R AT I O N , I N VA S I O N U N D S PH Ä RO I D

[1] D. Ganten,Grundlagen derMolekularenMedizin, Sprin-ger, 2003.

[2] S. P. Langdon,Cancer Cell Cul-ture- Methodsand Protocols,Humana Press,2003.

Viel Spaß beimExperimentie-

ren wünschtAndrea Hauk,

Heidelberg