Die Zellkultur ist eine gängige Methode zur Züchtung bestimmter Zellarten. Der erste Schritt des Verfahrens ist die eigentliche Vorbereitung der Zellkulturen, die meist in einer sterilen Laminar-Flow-Kammer unter Verwendung von Instrumenten erfolgt, die zuvor sorgfältig desinfiziert wurden. Die Zellkulturen werden anschließend vorsichtig in Inkubatoren überführt, die eine sterile und kontrollierte Umgebung für ein optimales Zellwachstum bieten. Zellen von Säugetieren werden beispielsweise typischerweise in CO₂-Inkubatoren bei einer Temperatur von 37 °C, sehr hoher Luftfeuchtigkeit und einer CO₂-Konzentration zwischen 5 und 7 % kultiviert. Diese Bedingungen ahmen das innere Milieu eines lebenden Organismus nach. Das ist jedoch nicht alles, worauf bei der Kultivierung von Zellkulturen zu achten ist.

Neue Erkenntnisse aus Studien weisen auf mögliche negative Auswirkungen von Vibrationen auf die Zellkultur hin. Dabei kann es gleich mehrere Ursachen für Vibrationen geben, darunter auch den Inkubator selbst. Die Vibrationen werden in diesem Fall durch die Temperaturregelung des Inkubators mittels eines eingebauten Ventilators oder – bei Wasserkühlung – durch die Wasserzirkulation verursacht. Meistens stammen die Vibrationen jedoch aus der Umgebung.

Obrázek č. 1: Obrázek zobrazuje obarvené fibroblasty kuřecích embryí v nádobě o objemu 100 mm. Vlivem vibrací se následně seskupily do soustředného kruhového obrazce.

Ein Beispiel für dieses Phänomen ist auf der abgebildeten Abbildung zu sehen. Die Abbildung zeigt gefärbte Fibroblasten von Hühnerembryonen in einem 100-mm-Gefäß. Unter dem Einfluss der Vibrationen gruppierten sie sich anschließend zu einem konzentrischen Kreisbild.

Das Problem unerwünschter mechanischer Schwingungen ist seit mehr als 50 Jahren ein viel diskutiertes Thema in Industriezweigen wie der Halbleiterindustrie, der Photonik oder der Mikroskopie. Für Gerätehersteller ist es daher selbstverständlich, ihre Produkte genau an die Schwingungsspezifikationen der einzelnen industriellen und wissenschaftlichen Anlagen anzupassen. Das Gleiche lässt sich jedoch nicht über Inkubatoren sagen, die in dieser Hinsicht oft unbeachtet bleiben, als ob unerwünschte Schwingungen bei ihnen überhaupt kein Problem darstellten.

Glücklicherweise beginnen einige Hersteller, dieses Problem zu erkennen, und verweisen auf konkrete Beispiele für den Einfluss von Vibrationen auf den Kultivierungsprozess: „Die Vibrationen von Inkubatoren sind für einige der bizarrsten Wachstumsmuster verantwortlich, die wir in Kulturgefäßen beobachten können. Die Auswirkungen der Vibrationen zeigen sich in erster Linie an den Zellen, sobald diese versuchen, sich erstmals an der Oberfläche des Kulturgefäßes anzuheften. Die Vibrationen drücken die Zellen an den Rand oder in die Mitte des Gefäßes; in manchen Fällen können sie sogar dazu führen, dass sich die Zellen zu konzentrischen Ringen gruppieren.“ [1] Abbildung 1 zeigt das beschriebene Phänomen in einer Kultur von Hühnerembryo-Fibroblasten.

Obrázek č. 2: Růst buněčných kultur v kultivační lahvi za přítomnosti stojatého vlnění.

In Abbildung 2 ist eine weitere mögliche Auswirkung von Vibrationen zu erkennen. Es handelt sich um ein typisches Beispiel für stehende Wellen in einer Zellkultur. In diesem Fall haben sich die Wellen quer über die Kulturflasche gebildet.

Wie lassen sich unerwünschte Schwingungen also wirksam verhindern?

„In den meisten Labors, die sich mit der Kultivierung von Zellkulturen befassen, gibt es typischerweise gleich mehrere Ursachen für Vibrationen. Neben der bereits erwähnten Belüftung können auch eine neben dem Inkubator aufgestellte Zentrifuge, die Bewegungen des Bedienpersonals oder beispielsweise die Klimaanlage des Labors als Quelle dienen. Bei einigen Inkubatoren ist eine Schwingungsdämpfung jedoch aufgrund der Konstruktion oder der Position des Ventilators möglicherweise gar nicht möglich. Wenn dies bei Ihrem Inkubator nicht der Fall ist, können Sie versuchen, die Schwingungen zu reduzieren, indem Sie einen schweren Gegenstand in eine Ecke des Inkubators stellen, wodurch Sie dessen Frequenz anpassen. Sie müssen jedoch das mit einer Kontamination der Inkubatoren verbundene Risiko im Auge behalten.“ [2] 

Es gibt jedoch auch eine effektivere Methode zur Schwingungsdämpfung – die Aufstellung des Inkubators auf einer schwingungsdämpfenden Fläche wie beispielsweise MaxDamp® von TMC.

Obrázek č. 3: Inkubátory umístěné na TMC MaxDamp antivibračních podložkách.

Das dritte Bild zeigt gleich zwei übereinander angeordnete Inkubatoren, die auf MaxDamp-Isolationsplattformen stehen. MaxDamp ist ein pneumatisches Isolationssystem, das die Übertragung von Schwingungen vom Boden auf den Inkubator deutlich reduziert. Dank der vibrationsdämpfenden Plattformen sind die Inkubatoren wesentlich widerstandsfähiger gegenüber allen möglichen Quellen mechanischer Vibrationen in der Umgebung, seien es Zentrifugen, durch Bewegungen des Bedienpersonals verursachte Vibrationen, HLK-Anlagen, Klimaanlagen usw.

Ausgewählte Lösungen von TMC finden Sie im Produktbereich „Schwingungsgedämpfte Optik-Tische“ auf unserer Website. Für eine konkrete Anwendung zögern Sie bitte nicht, uns zu kontaktieren – wir beraten Sie gerne bei der Auswahl.

Den Original-Anwendungsbericht finden Sie auf der Website des Herstellers TMC Vibration Control HIER.

Quellen:

  1. Ryan, John A. „A Guide for Identifying and Correcting Common Cell Growth Problems with Adherent Cells.“ We Get You, www.corning.com/worldwide/en/products/life-sciences/resources/webforms/we-get-you-a-guide-for-identifying-and-correcting-common-cell-growth-problems-with-adherent-cells.html. (eigene Übersetzung)
  2. Vibration Patterns in Cell Culture Vessels, 2018, assets.thermofisher.com/TFS-Assets/BID/Technical-Notes/vibration-patterns-cell-culture-vessels-technical-note.pdf. (eigene Übersetzung)