Calu-3-Zelllinie

Calu-3-Zellen bilden eine aus dem Menschen stammende Atemwegsepithelzelllinie, die das nicht-kleinzellige Lungenkarzinom repräsentiert. Sie finden breite Anwendung in der biomedizinischen Forschung, unter anderem zur Untersuchung der Biologie von Lungenkrebs, von Atemwegserkrankungen, von Wirt-Erreger-Interaktionen und des Wirkstofftransports in den Atemwegen. Darüber hinaus werden sie zur Entwicklung von Therapien für verschiedene Atemwegserkrankungen eingesetzt.

Herkunft und allgemeine Eigenschaften der Calu-3-Zellen

Die wichtigsten Informationen, die Sie über eine Zelllinie benötigen, sind deren Herkunft und allgemeine Eigenschaften. Diese helfen Ihnen bei der Entscheidung über deren Einsatz in Ihrer Forschungsarbeit. Dieser Abschnitt unterstützt Sie dabei, diese unverzichtbaren Informationen über die Calu-3-Zelllinie zu erfahren. Er umfasst: Was ist eine Calu-3-Zelllinie? Wie sieht die Morphologie von Calu-3-Zellen aus? Woher stammen die Calu-3-Zellen?

• Calu-3-Zellen wurden aus dem Pleuraerguss (Metastasenherd) eines kaukasischen Mannes (25 Jahre alt) mit Lungenadenokarzinom gewonnen. Die Zelllinie wurde 1975 von Jorgen Fogh und Germain Trempe vom Memorial Sloan Kettering Cancer Center etabliert.
• Calu-3-Zellen weisen eine epithelähnliche Morphologie auf.
• Die Größe der Calu-3-Zellen reicht von 8–9 bis 20 Mikrometer im Durchmesser.
• Sie weisen Mutationen in den Genen K-RAS (G13D), TP53 und CDKN2A auf und exprimieren Wildtyp-EGFR.

A549 vs. Calu-3

A549- und Calu-3-Zellen sind menschliche Lungenadenokarzinom-Zelllinien, weisen jedoch unterschiedliche Eigenschaften auf. Der Hauptunterschied zwischen den Zellmodellen Calu-3 und A549 besteht in der Dicke der Schleimschicht. Calu-3-Zellen bilden eine dünnere Schleimschicht und simulieren somit das Epithel der proximalen Atemwege. A549-Zellen hingegen weisen diese Eigenschaft nicht auf und eignen sich besser zur Darstellung der physiologischen Struktur der distalen Atemwege [1].

Calu-3-Zelllinie: Informationen zur Kultivierung

In diesem Abschnitt erfahren Sie die wichtigsten Punkte zur Kultivierung der Calu-3-Zelllinie. Hier werden folgende Fragen behandelt: Wie lang ist die Verdopplungszeit von Calu-3-Zellen? Welches Medium wird für Calu-3-Zellen verwendet? Wie sieht das Protokoll zur Kultivierung von Calu-3-Zellen aus? Wie kultiviert man Calu-3-Zellen?

Wichtige Punkte zur Kultivierung von Calu-3-Zellen

Verdopplungszeit:

Die Verdopplungszeit der Calu-3-Zellen beträgt etwa 35 Stunden.

Adhärent oder in Suspension:

Calu-3 ist eine adhärente Lungenadenokarzinom-Zelllinie.

Subkultivierungsverhältnis:

Das Passagierungsverhältnis für die Calu-3-Zelllinie beträgt 1:2 bis 1:4. Zur Passagierung werden die Zellen mit 1× Phosphatpuffer-Salzlösung (PBS) gespült und bei Raumtemperatur etwa 10 Minuten lang mit Accutase (Passagierungslösung) inkubiert. Anschließend wird frisches Zellmedium zugegeben, und die abgelösten Zellen werden zentrifugiert. Das Zellpellet wird vorsichtig resuspendiert, und die Zellen werden in den Kolben mit frischem Kulturmedium zum Wachstum dispensiert.

Wachstumsmedium:

Zur Kultivierung von Calu-3-Zellen wird EMEM-Medium verwendet, das 10 % FBS, 2 mM L-Glutamin, 1,5 g/L NaHCO₃, EBSS, 1 mM Natriumpyruvat und NEAA enthält. Das Medium für die Calu-3-Zellen sollte zwei- bis dreimal pro Woche ausgetauscht werden.

Wachstumsbedingungen:

Calu-3-Zellen werden in einem befeuchteten Inkubator bei einer Temperatur von 37 °C und einer CO₂-Zufuhr von 5 % gezüchtet.

Lagerung:

Gefrorene Zellen sollten in der Dampfphase von flüssigem Stickstoff oder bei einer Temperatur unter -150 °C gelagert werden, um die Lebensfähigkeit der Zellen langfristig zu erhalten.

Einfrierverfahren und Medium:

Zum Einfrieren der Calu-3-Lungenzelllinie werden hauptsächlich die Einfriermedien CM-1 oder CM-ACF verwendet. Um die Lebensfähigkeit der Zellen zu erhalten und einen Schock zu vermeiden, werden die Zellen einem langsamen Einfrierprozess unterzogen, bei dem die Temperatur nur um 1 °C pro Minute sinkt.

Auftauprozess:

Die Zellen werden aufgetaut, indem das Fläschchen etwa 1 Minute lang in ein auf 37 °C voreingestelltes Wasserbad gestellt wird oder bis nur noch ein kleiner Eisklumpen übrig ist. Es wird frisches Kulturmedium hinzugefügt, und die Zellen werden zentrifugiert, um Bestandteile des Einfriermediums zu entfernen. Anschließend wird das Zellpellet resuspendiert, und die Zellen werden in einen neuen Kolben mit Wachstumsmedium überführt.

Biosicherheitsstufe:

Für den Umgang mit der Calu-3-Zelllinie sind Laborbedingungen der Biosicherheitsstufe 1 unerlässlich.

Vor- und Nachteile von Calu-3-Zellen

Wie andere menschliche Zelllinien weisen auch Calu-3-Zellen eine Reihe von Vor- und Nachteilen auf. Im Folgenden werden wir einige wichtige davon erörtern.

Vorteile

• In-vitro-Modell für das Atemwegsepithel:

  In der Atemwegsforschung dienen Calu-3-Zellen als effizientes In-vitro-Modell für das Atemwegsepithel. Sie spiegeln die Eigenschaften der menschlichen Atemwegsauskleidung wider und ermöglichen Untersuchungen zum Wirkstofftransport, zur Wechselwirkung zwischen Wirt und Erreger sowie zur Mucinproduktion.

• Polarisierung:

  Calu-3-Zellen bilden polarisierte Monoschichten, weshalb sie häufig zur Untersuchung des Wirkstofftransports und der Wirt-Erreger-Interaktionen in einem realistischeren Kontext eingesetzt werden.

Nachteile

• Krebszelllinie:

  Calu-3-Zellen wurden aus einem Lungenadenokarzinom gewonnen; daher ist zu beachten, dass sie gesundes Lungengewebe möglicherweise nicht vollständig repräsentieren. Forscher sollten dies berücksichtigen, wenn sie die Zellen als Modell in Studien verwenden.

Anwendungen der Calu-3-Zelllinie in der Forschung

Calu-3 bietet zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in der biomedizinischen Forschung. In diesem Abschnitt des Artikels werden einige der vielversprechendsten davon beleuchtet.

• Untersuchungen zu Atemwegserkrankungen: Calu-3-Lungenzellen werden zur Erforschung verschiedener Atemwegserkrankungen oder -störungen eingesetzt, beispielsweise Mukoviszidose, Asthma und chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD). Eine Studie von Chiara Papi und Kollegen untersuchte die Wirkung der Anti-miR-101-3p-Peptid-Nukleinsäure (PNA) bei der gezielten Hemmung der miRNA-101-3p unter Verwendung des Calu-3-In-vitro-Modells für Mukoviszidose. Die Studie ergab, dass eine PNA-Behandlung tendenziell die Expression des CFTR-Gens (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator) erhöht, was auf eine potenzielle therapeutische Strategie für Mukoviszidose und verwandte Erkrankungen hindeutet [2].
• Arzneimittelentwicklung: Calu-3-Zellen dienen als Modell für die Prüfung und Entwicklung von Arzneimitteln für verschiedene Atemwegserkrankungen. Zudem werden diese Zellen auch zur Untersuchung des Wirkstofftransports durch das Atemwegsepithel eingesetzt. So untersuchte beispielsweise eine im Jahr 2021 durchgeführte Studie die antivirale Wirkung des Pflanzenextrakts von Andrographis paniculata und seines bioaktiven Andrographolids bei einer SARS-CoV-2-Infektion von Calu-3-Zellen [3].
• Wirt-Erreger-Interaktionen: Calu-3-Zellen eignen sich ideal zur Untersuchung der Interaktion von Erregern mit dem Atemwegsepithel und tragen so zum Verständnis von Atemwegsinfektionen wie SARS-CoV-2 bei. So untersuchten beispielsweise Byoung Kwon Park und Kollegen die Reaktionen von Calu-3- und Vero-Zellen sowie die Virusproduktion als Reaktion auf eine SARS-CoV-2-Infektion [4].

5. Calu-3-Zellen: Forschungsarbeiten

Im Folgenden sind einige spannende und häufig zitierte Forschungsstudien aufgeführt, in denen Calu-3-Zellen eine Rolle spielen:

Das Kohlenmonoxid freisetzende Molekül-2 unterdrückt die Proliferation, Migration und Invasion sowie fördert die Apoptose in Calu-3-Zellen des nicht-kleinzelligen Lungenkarzinoms

Diese Studie wurde 2018 in der Fachzeitschrift „European Review for Medical and Pharmacological Sciences“ veröffentlicht. Die Forschungsergebnisse legen nahe, dass das Kohlenmonoxid freisetzende Molekül-2 (CORM-2) die Apoptose von nicht-kleinzelligen Lungenkrebszellen (Calu-3) fördert und deren Proliferation, Migration sowie Invasion hemmt.

Calu-3-Epithelzellen zeigen in vitro andere Immun- und Epithelbarrierenreaktionen als frisch isolierte primäre Nasenepithelzellen

Diese in der Fachzeitschrift „Clinical and Translational Allergy“ (2018) veröffentlichte Studie verglich die Immun- und Epithelbarrierenreaktionen der Calu-3-Zelllinie mit denen frisch kultivierter primärer Nasenepithelzellen.

Chinin hemmt die Infektion menschlicher Zelllinien mit SARS-CoV-2

Dieser Artikel in „Viruses“ (2021) schlug Chinin als potenzielle Behandlung für eine SARS-CoV-2-Infektion vor, indem seine Wirkung auf verschiedene virusinfizierte Zelllinien wie Calu-3 untersucht wurde.

Hohe D-Glukose-Konzentrationen induzieren die ACE2-Expression über GLUT1 in der menschlichen Atemwegsepithelzelllinie Calu-3

Diese Studie in „BMC Molecular and Cell Biology“ (2022) legt nahe, dass hohe D-Glukose-Konzentrationen die ACE2-Expression in Calu-3-Zellen durch Regulierung des GLUT1-Gens fördern.

Dolosigranulum pigrum moduliert die Immunantwort gegen SARS-CoV-2 in Atemwegsepithelzellen

Dieser Artikel in „Pathogens“ (2021) untersuchte die immunmodulatorischen Wirkungen von Dolosigranulum pigrum 040417 in Lungenepithelzellen. Zudem wurde das Potenzial dieses immunbiotischen Bakteriums beim Schutz vor einer SARS-CoV-2-Infektion untersucht.

Ressourcen für Calu-3-Zellen: Protokolle, Videos und mehr

Es stehen zahlreiche Online-Ressourcen zu Calu-3-Zellen zur Verfügung, die Informationen zur Zellkultur und Transfektion enthalten.

• Transfektionsprotokoll für Calu-3-Zellen: Diese Ressource vermittelt wichtiges Wissen über die Transfektion von Calu-3-Zellen.
• Transfektion von Calu-3-Zellen: Dieses Video-Tutorial ist eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zum Erlernen des In-vitro-Transfektionsprotokolls für Calu-3-Zellen.

Das Protokoll zur Calu-3-Zellkultur wird hier beschrieben.

• Calu-3-Zellen: Dieses Dokument enthält Informationen zum Medium für Calu-3-Zellen sowie zum Protokoll für die Subkultivierung oder Passagierung.

Literaturhinweise

1. Wiese-Rischke, C., R.S. Murkar und H. Walles, „Biologische Modelle der unteren menschlichen Atemwege – Herausforderungen und besondere Anforderungen an menschliche 3D-Barrieremodelle für die biomedizinische Forschung“. Pharmaceutics, 2021. 13(12).
2. Fabbri, E. et al., Die Behandlung von humanen Atemwegsepithelzellen (Calu-3) mit einer Peptid-Nukleinsäure (PNA), die auf die microRNA miR-101-3p abzielt, ist mit einer erhöhten Expression des Gens für den Transmembran-Leitfähigkeitsregulator bei zystischer Fibrose () verbunden. European Journal of Medicinal Chemistry, 2021. 209: S. 112876.
3. Sa-Ngiamsuntorn, K. et al., Anti-SARS-CoV-2-Aktivität von Andrographis paniculata-Extrakt und dessen Hauptbestandteil Andrographolid in menschlichen Lungenepithelzellen sowie Bewertung der Zytotoxizität in repräsentativen Zellen wichtiger Organe. Journal of Natural Products, 2021. 84(4): S. 1261–1270.
4. Park, B.K. et al., Unterschiedliche Signalübertragung und Virusproduktion in Calu-3-Zellen und Vero-Zellen nach einer SARS-CoV-2-Infektion. Biomol Ther (Seoul), 2021. 29(3): S. 273–281.