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Tierische Zelllinien

Tierische Zelllinien sind ein wesentlicher Bestandteil der Forschung auf dem Gebiet der Zellbiologie und Biomedizin: Forscher können mit Hilfe von Tierzellen eine Vielzahl von Krankheitsverläufen untersuchen und innovative Behandlungen in Tiermodellen evaluieren, bevor sie die Ergebnisse dieser Studien auf menschliche Patienten übertragen, da Tiermodelle den menschlichen Systemen am ehesten ähneln.

Was sind tierische Zellen?

Die grundlegendste und am besten funktionierende Einheit des Lebens bei Tieren ist die tierische Zelle. Sie ist der Grundbaustein des Fortpflanzungsprozesses. Sie werden als eukaryotische Zellen bezeichnet. Dies bedeutet, dass tierische Zellen im Gegensatz zu prokaryotischen Zellen membrangebundene Organellen enthalten, die im Zytoplasma schweben und von einer Plasmamembran umgeben sind.

Mit der Etablierung der Mikroskopie im 17. Jahrhundert wurden zum ersten Mal tierische Zellen untersucht. Der englische Naturphilosoph Robert Hooke war der erste, der winzige Löcher beschrieb, die er später als Zellen bezeichnete, auch wenn er dies anhand von Proben aus Pflanzenkork tat.

Anton van Leeuwenhoek, ein Wissenschaftler aus den Niederlanden, war ebenfalls in der Lage, Zellen durch die Linse eines Mikroskops zu sehen. Er war der erste, der die roten Blutkörperchen und Samenzellen von Tieren und Menschen sowie einzellige Lebewesen wie prokaryotische Zellen und Protozoen charakterisierte.

Unterschiede zu Pflanzenzellen

Aber auch Pflanzenzellen haben diese wesentliche Eigenschaft mit tierischen Zellen gemeinsam. Eukaryotische Zellen sind sowohl in tierischen als auch in pflanzlichen Zellen zu finden, so dass auch eine Pflanzenzelle diese Eigenschaft besitzt. Das Vorhandensein einer Zellwand hingegen ermöglicht es, Pflanzenzellen von tierischen Zellen zu unterscheiden. Außerdem fehlen in tierischen Zellen die Plastiden, d. h. die Chloroplasten, die für den Prozess der Photosynthese in Pflanzen unerlässlich sind.

Anwendungen

  1. Modellsysteme

Die Kultivierung von tierischen Zellen bietet ein hervorragendes Modellsystem für die Untersuchung grundlegender Aspekte der Zellbiologie und des Stoffwechsels.

Tierische Zellkulturen wurden in der Forschung als 2D- und 3D-Kulturmodell für eine Vielzahl von Untersuchungen im Zusammenhang mit der Erforschung von Infektionserregern und Arzneimitteln eingesetzt.

Ein entscheidender Vorteil der Verwendung einer tierischen Zelllinie für die Forschung besteht darin, dass der Einsatz von Versuchstiermodellen reduziert werden kann.

  1. Toxizitätstests

Die Verwendung von tierischen Zellkulturen als Alternative zu Tierversuchen bei der Bewertung der Toxizität neuer Medikamente, Chemikalien und Kosmetika wird immer häufiger eingesetzt. Die Niere und die Leber sind die Hauptorgane, aus denen tierische Zellkulturen hergestellt und in diesem Bereich eingesetzt werden.

  1. Zellbasierte Herstellung

Tierische Zellkulturen können für die Massenproduktion von Viren verwendet werden, die dann für die Herstellung von Impfstoffen eingesetzt werden können. Zahlreiche Impfungen, z. B. gegen Kinderlähmung, Tollwut, Masern, Windpocken und Hepatitis B, haben von dieser Taktik profitiert.

Neben der Herstellung von Viren kann die tierische Zellkultur auch zur Herstellung von gentechnisch veränderten Produkten verwendet werden, die sowohl kommerziell als auch medizinisch genutzt werden können. Die Produkte können in einer Vielzahl von Formen auftreten, darunter monoklonale Antikörper, Insulin, Hormone usw.

  1. Screening und Entwicklung von Arzneimitteln

Assays, die auf tierischen Zellkulturen basieren, werden zu einem immer wichtigeren Bestandteil der pharmazeutischen Industrie. Sie werden nicht nur für Toxizitätstests, sondern auch für das Hochdurchsatz-Screening potenzieller Arzneimittel eingesetzt.

  1. Krebsforschung

Im Bereich der Krebsforschung werden tierische Zellkulturen für die Biomarker- und Molekularforschung verwendet. Darüber hinaus können in Kulturen gezüchtete Krebszellen als Testmodelle für eine Vielzahl verschiedener Krebsmedikamente dienen.

Jüngste Forschungsarbeiten auf dem Gebiet des Krebses zielen darauf ab, Wege zu finden, Krebszellen selektiv in Populationen zu eliminieren, die auch normale Primärzellen enthalten.

  1. Virologie

Um die Notwendigkeit von Tierversuchen zu umgehen, wurde bei der Replikation von Viren manchmal auf die Zellkultur von Tieren zurückgegriffen. Diese vervielfältigten Viren können für die Herstellung von Impfstoffen sowie für die Isolierung und Untersuchung grundlegender Viren verwendet werden.

  1. Gentechnologie

Das Konzept, die eigenen Gene so umzuschreiben, dass sie andere Proteine erzeugen, steht im Mittelpunkt der Gentechnik.

Die Fähigkeit, zusätzliches genetisches Material in Zellen einzubringen, wird als Transfektion bezeichnet. Tierische Zellkulturen können einer Transfektion unterzogen werden, um eine beträchtliche Menge neuer Proteine für die klinische Forschung oder medizinische Behandlung zu erzeugen.

  1. Gentherapie

Da wir nun wissen, dass tierische Zellkulturen für die Gentechnik verwendet werden können, wissen wir auch, dass genetisch veränderte Zellen für therapeutische Zwecke eingesetzt werden können.

Die Zellen eines Patienten können entnommen und dann durch künstlich hergestellte Zellen ersetzt werden, die das gewünschte funktionelle Gen besitzen. Dieses Verfahren wird als Ex-vivo-Gentherapie bezeichnet. Als alternative Behandlungsmethode kann ein viraler Vektor verwendet werden, um das fehlende Gen in die Zellen des Patienten einzubringen.

  1. Stammzelltherapie

Sowohl in der Stammzellenforschung als auch in der Stammzelltherapie werden tierische Zellkulturen von Stammzellen verwendet.

Vor allem mesenchymale und hämatopoetische Stammzellen wurden in beiden Bereichen verwendet. Bei der Forschung an induzierten pluripotenten Stammzellen wurden auch tierische Zellkulturen verwendet, die aus somatischen Zellen verschiedener Tiere bestehen.

  1. Ersatz von Geweben oder Organen

Tierische Zellkulturen haben das Potenzial, als Ersatz für Organe oder Gewebe zu dienen. Mit dieser Methode kann beispielsweise künstliche Haut hergestellt werden, die dann zur Heilung von Verbrennungen oder Geschwüren eingesetzt werden kann.

Andererseits wird derzeit an der Züchtung künstlicher Organe wie Leber, Niere und Bauchspeicheldrüse gearbeitet. Sowohl embryonale als auch adulte Stammzellkulturen sind Gegenstand aktueller Studien und technologischer Entwicklungen im Bereich der Organkultur.