HEK293T-Zellen: Das Potenzial für Transfektionsstudien ausschöpfen

HEK293T-Zellen sind menschliche embryonale Nierenzellen, die in der industriellen Biotechnologie, Toxikologie und Krebsforschung weit verbreitet sind. Diese immortalisierten Zellen werden auch zur Herstellung einer Vielzahl von therapeutischen Proteinen und Viren verwendet.

Allgemeine Eigenschaften und Herkunft von HEK293T-Zellen

Dieser Abschnitt des Artikels behandelt die Herkunft und allgemeine Informationen zur HEK293T-Zelllinie. 

• Die HEK293T-Zelllinie stammt aus primären menschlichen embryonalen Nierenzellen, die im Labor kultiviert wurden. Forscher entwickelten diese Zellen in den frühen 1970er Jahren, indem sie embryonale Nierenzellen mit geschnittenen DNA-Fragmenten des Adenovirus Typ 5 transfizierten. Die Forscher etablierten die HEK293T-Zelllinie, indem sie das große T-Antigen des Affenvirus 40 (SV40) in das Genom der HEK293-Zellen einbrachten. Diese Modifikation ermöglichte es den Forschern, 293-Zellen leicht zu transfizieren und machte sie für die Proteinproduktion und Genexpressionsstudien geeignet [1].
• HEK293T-Zellen weisen eine epithelähnliche Morphologie auf. Sie haben eine längliche und abgeflachte Form mit einer deutlichen Zellgrenze.
• Die Größe der HEK293T-Zellen liegt zwischen 11 und 15 µm im Durchmesser.
• Die SV40-Groß-T-Antigen-HEK293T-Zellen weisen einen komplexen Karyotyp auf. Diese Zellen sind hypotriploid, enthalten dreimal weniger Chromosomen als eine haploide Gamete und weisen eine modale Chromosomenzahl von 64 auf.

Was ist der Unterschied zwischen HEK293T und HEK293?

Sowohl die HEK293- als auch die HEK293T-Zelllinien sind menschlichen Ursprungs. HEK293T ist ein beliebtes Derivat der HEK293-Zelllinie. Wissenschaftler entwickelten diese Zellen aus den ursprünglichen humanen embryonalen Nierenzellen 293, indem sie diese mit dem großen T-Antigen von SV40 transfizierten, während sie die immortalisierten HEK293-Zellen durch Transformation und Kultivierung humaner embryonaler Nierenzellen mit geschnittenen DNA-Fragmenten des humanen Adenovirus 5 etablierten.

Zelltechnologien und biomedizinische Anwendungen von HEK293T-Zellen

Zellkultur und Zellbanking in der HEK293T-Forschung

HEK293T-Zellen, die aus menschlichen embryonalen Nierenzellen 293 stammen, finden aufgrund ihres robusten Wachstums und ihrer einfachen Transfektion breite Anwendung in der Zellkultur. Um mit diesen Zellen arbeiten zu können, müssen Forscher der Zellbankierung Priorität einräumen, was die Lagerung von Zellen für langfristige Forschungs- und therapeutische Zwecke beinhaltet. Sie müssen einen abgestuften Ansatz zur Zellbankierung verfolgen, um die Zelleigenschaften zu bewahren und die langfristige Lebensfähigkeit der Zellen sicherzustellen. Die Erstellung von Zellbanken erfordert die Einhaltung der Vorschriften zur guten Herstellungspraxis, um die Lebensfähigkeit und Integrität der Zellen für therapeutische Anwendungen zu gewährleisten.

Gute Herstellungspraktiken sind entscheidend für die Herstellung von HEK293T-Zellbanken, die sowohl für die Forschung als auch für therapeutische Anwendungen von grundlegender Bedeutung sind. Die Master-Zellbank dient als Referenz für alle nachfolgenden Zellprodukte. Die Herstellung dieser Zellen für therapeutische Anwendungen, wie beispielsweise die Produktion von Lentiviren für Gentherapien, folgt strengen regulatorischen Standards, um die Sicherheit und Wirksamkeit der Endprodukte zu gewährleisten.

Protokolle und Assays unter Verwendung von HEK293T

In der Zytotechnologie werden spezifische Protokolle und Assays entwickelt, um die Eigenschaften der HEK293T-Zellen zu bewerten. Dazu gehören die Beurteilung der Wirksamkeit von Gentherapie-Vektoren und die Interaktion der Zelle mit der extrazellulären Matrix in einer Zellkulturplatte oder einer Suspensionskultur. Um die Integrität der HEK293T-Zellen zu gewährleisten, wählen die Forscher Reagenzien für die Transfektion mit großer Sorgfalt aus und unterziehen die Ausgangsmaterialien strengen Qualitätskontrollen.

Forschungsanwendungen der HEK293T-Zelllinie

• Impfstoffentwicklung: Die HEK293T-Zelllinie wurde zur Untersuchung von Viren und zur Herstellung von Impfstoffen auf Basis viraler Vektoren zur Bekämpfung einer Vielzahl von Virusinfektionen eingesetzt. In einer Studie wurde diese embryonale Nierenzelllinie genutzt, um die strukturellen und funktionellen Grundlagen des Zelleintritts des COVID-19-Virus über das humane Angiotensin-konvertierende Enzym 2 (ACE2) zu untersuchen [3]. Darüber hinaus wurden in einer aktuellen Studie HEK93T-Zellen verwendet, um SARS-CoV-2-Spike-pseudotypisierte Lentiviruspartikel zu erzeugen [4].
  
• Toxikologische Forschung: Diese menschliche embryonale Nierenzelllinie wird häufig zur Prüfung der Toxizität und Wirksamkeit von Arzneimitteln eingesetzt. In einer 2022 durchgeführten Studie wurde HEK293T als normale menschliche Zelllinie verwendet, um das zytotoxische Potenzial von Caladium lindenii-Extrakten gegenüber der Leberkrebszelllinie HepG2 zu validieren [5].
• Genexpressionsstudien: Die SV40-Large-T-Antigen-HEK293T-Zelllinie ist sehr gut für Transfektionen geeignet und eignet sich daher für Genexpressionsstudien. In einer Studie wurden HEK293T-Zellen verwendet, um die Rolle der langen nichtkodierenden RNA SNHG16 bei der Regulierung von Trophoblastenfunktionen zu untersuchen. Die Studie ergab, dass LncRNA SNHG16 mit der miR-218-5p/LASP1-Achse interagiert, um diese Effekte zu vermitteln [6].

Innovationen in der Zelltherapie unter Verwendung von HEK293T-Zellen

Fortschritte in der Zelltherapie mit HEK293T

HEK293T-Zellen leisten einen wesentlichen Beitrag zur Zelltherapie, insbesondere bei der Herstellung viraler Vektoren für die Gentherapie. Diese Zellen sind in Herstellungsprozessen, die den Vorschriften der Guten Herstellungspraxis (GMP) entsprechen, unverzichtbar, da sie die Produktion hochwertiger Gentherapieprodukte gewährleisten. Die Schulung des Produktionspersonals konzentriert sich zudem auf den Umgang mit den einzigartigen Eigenschaften von HEK293T-Zellen und die Aufrechterhaltung eines hohen Standards für die aus diesen Zellen gewonnenen Arzneimittel.

HEK293T-Zellen in klinischen Studien und der Gentherapie

Die HEK293T-Zelllinie spielt eine zentrale Rolle bei der Entwicklung von Gentherapieprodukten und ist ein wesentlicher Bestandteil klinischer Studien, die darauf abzielen, neue Zelltherapien auf den Markt zu bringen. Dabei wird die hohe Transfektivität der Zelllinie für den Gentransfer genutzt, unter Verwendung von Vektoren wie lentiviralen Verpackungsvektoren, bei denen die Integrase-D64V-Mutation einen bemerkenswerten Fortschritt für die Erhöhung der Sicherheit darstellt.

Innovative Techniken in der HEK293T-Zellkultur

Die Vielseitigkeit von HEK293T-Zellen unterstützt innovative Techniken sowohl in zweidimensionalen als auch in komplexeren Zellkulturen. Diese Anpassungsfähigkeit ist entscheidend für die Erforschung zellulärer Produkte für verschiedene Bereiche der biomedizinischen Forschung, einschließlich der Krebsforschung, wo diese Zellen zur Untersuchung tumorogener Prozesse und für Arzneimitteltests eingesetzt werden. Darüber hinaus spielt die HEK293T-Zelllinie eine entscheidende Rolle bei der Produktion von lentiviralen Partikeln, die sowohl für die Forschung als auch für die Herstellung therapeutischer Vektoren von entscheidender Bedeutung sind.

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Informationen zur Kultivierung der HEK293T-Zelllinie

HEK293T-Zellen werden in Forschungslabors in großem Umfang kultiviert. Bevor Sie eine HEK293T-Zellkultur anlegen, müssen Sie Folgendes wissen: Wie lang ist die Verdopplungszeit von HEK293T-Zellen? Was ist HEK293T-Medium? Wie hoch ist die HEK293T-Aussaatdichte?

Wichtige Punkte für die Kultivierung von HEK293T-Zellen

Verdopplungszeit:

Die für HEK293T-Zellen angegebene Verdopplungszeit beträgt 30 Stunden.

Adhärent oder in Suspension:

HEK293T ist eine adhärente Zelllinie.

Aussaatdichte:

HEK293T-Zellen werden mit einer Dichte von 1 × 10^⁴ Zellen/cm² ausgesät. Bei dieser Aussaatdichte bilden die Zellen in etwa 4 Tagen eine konfluente Monoschicht. Zur Aussaat werden die adhärenten Zellen mit der Accutase-Dissoziationslösung abgelöst. Die abgelösten Zellen werden zentrifugiert und anschließend vorsichtig in einem Wachstumsmedium resuspendiert. Danach werden die Zellen zur Kultivierung in neue Flaschen überführt.

Wachstumsmedium:

HEK293T-Zellen werden in EMEM (Eagle's Minimal Essential Medium) kultiviert, das 1,0 g/l L-Glucose, 2,2 g/l NaHCO₃, 2,0 mM L-Glutamin und 10 % fötales Rinderserum enthält. Das Medium sollte zweimal wöchentlich ausgetauscht werden.

Wachstumsbedingungen:

HEK293T-Zellkulturen werden in einem befeuchteten Inkubator bei 37 °C mit einer CO₂-Zufuhr von 5 % gehalten.

Lagerung:

Humanembryonale Nierenzellen (HEK293T) werden in der Dampfphase von flüssigem Stickstoff oder bei einer Temperatur unter -150 °C für längere Zeit gelagert.

Einfrierverfahren und Medium:

HEK293-Zellen können in CM-1- oder CM-ACF-Einfriermedien eingefroren werden. Für HEK293T-Zellen werden langsame Einfrierverfahren empfohlen, die einen allmählichen Temperaturabfall von 1 °C ermöglichen, um ihre Lebensfähigkeit zu schützen.

Auftauprozess:

Ein gefrorenes Zellfläschchen wird in einem Wasserbad (37 °C) schnell geschüttelt, bis nur noch ein kleiner Eisklumpen übrig bleibt. Die Zellen werden in Medium resuspendiert und zentrifugiert, um Bestandteile des Einfriermediums zu entfernen. Die gewonnenen Zellen werden dann in neuen Flaschen mit Wachstumsmedium kultiviert. 

Biosicherheitsstufe:

Für die Handhabung und Pflege von HEK293T-Zellkulturen ist ein Labor der Biosicherheitsstufe 1 erforderlich.

Häufig gestellte Fragen zur HEK293T-Zellkultur und zu Anwendungen

HEK293T-Zellen: Forschungsarbeiten

In diesem Abschnitt haben wir einige vielversprechende Forschungsveröffentlichungen zu HEK293T-Zellen aufgeführt.

Entwicklung von SARS-CoV-2-mRNA-Impfstoffen, die für das N-terminale Spike-Protein und die Rezeptorbindungsdomänen kodieren

Diese Veröffentlichung wird 2022 in BioRxiv erscheinen. In dieser Studie wurden HEK293T-Zellen verwendet, um COVID-19-Virus-mRNA-Impfstoffe zu entwickeln, die für die N-terminale Spike-Domäne und die RBD-Domäne (Rezeptorbindungsdomäne) kodieren.

Zirkuläre HER2-RNA-positiver dreifach negativer Brustkrebs reagiert empfindlich auf Pertuzumab

Diese Forschungsarbeit wurde 2020 in Molecular Cancer veröffentlicht. Die Studie legte nahe, dass die Expression zirkulärer HER2-RNA in dreifach-negativen Brustkrebszellen diese für eine medikamentöse Behandlung mit Pertuzumab empfindlich macht. Die Forscher verwendeten in dieser Studie HEK293-Zellen für die Lentivirus-Produktion und die Transfektion des zirkulären HER2-Gens.

Antivirale Rolle von IFITM3 bei der Infektion mit dem Prototyp-Foamy-Virus

Dieser Artikel wurde 2022 im „Virology Journal“ veröffentlicht. In dieser Studie wurden HEK293T-Zellen verwendet, um die antivirale Wirkung von IFITM3 (Interferon-induziertes Transmembranprotein 3) bei einer Infektion mit dem Prototyp-Foamy-Virus (PFV) zu untersuchen.

MiRNA-21 vermittelt die antiangiogene Aktivität von Metformin durch die Beeinflussung der PTEN- und SMAD7-Expression sowie des PI3K/AKT-Signalwegs

Diese Forschungsarbeit in Nature Scientific Reports (2017) verwendete HEK293T-Zellen und untersuchte, dass miRNA-21 die durch Metformin induzierten antiangiogenen Effekte durch die Regulierung des PI3K/AKT-Signalwegs sowie der SMAD7- und PTEN-Genexpression vermittelt.

MicroRNA-608 hemmt die Proliferation von Blasenkrebs über den AKT/FOXO3a-Signalweg

Diese Forschungsarbeit wurde 2017 in der Fachzeitschrift Molecular Cancer veröffentlicht. In dieser Studie wurden HEK293-Zellen verwendet, um das antiproliferative Potenzial von miRNA-608 gegen Blasenkrebs zu untersuchen.

Ressourcen zur HEK293T-Zelllinie: Protokolle, Videos und mehr

Im Folgenden finden Sie einige Ressourcen zu HEK293T-Zellen:

• Transfektion von HEK293T-Zellen.
• Transfektion von HEK-Zellen: Dieses Video zeigt das allgemeine Transfektionsprotokoll für die humane embryonale Nierenzelllinie HEK293.
• Passagieren von Zellen: Dieses Video erklärt das Verfahren zum Teilen oder Subkultivieren von adhärenten Zellen.

Zellkulturprotokolle

Die Zellkulturprotokolle für HEK293T-Zellen sind hier aufgeführt.

• Passagieren von HEK293T-Zellen: Diese Seite bietet eine detaillierte Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Subkultivierung von HEK293-Zellen.
• Kultivierung menschlicher embryonaler Nierenzellen: Über diesen Link erhalten Sie das HEK293T-Zellkulturprotokoll.

Referenzen

1. Tan, E., et al., HEK293-Zelllinie als Plattform zur Herstellung rekombinanter Proteine und viraler Vektoren. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2021, 9.
2. Kim, M.J., et al., AMPKα1 reguliert das Fortschreiten von Lungen- und Brustkrebs durch die Regulierung der TLR4-vermittelten TRAF6-BECN1-Signalachse. Cancers (Basel), 2020, 12(11).
3. Wang, Q., et al., Strukturelle und funktionelle Grundlagen des Eintritts von SARS-CoV-2 über humanes ACE2. Cell, 2020. 181(4): S. 894–904.
4. Gale, E.C., et al., Hydrogel-basierte langsame Freisetzung eines Impfstoffs aus Rezeptorbindungsdomänen-Untereinheiten löst neutralisierende Antikörperreaktionen gegen SARS-CoV-2 aus. bioRxiv, 2021.
5. Kalsoom, A., et al., In-vitro-Bewertung des zytotoxischen Potenzials von Caladium-lindenii-Extrakten an menschlichen Hepatokarzinom-HepG2- und normalen HEK293T-Zelllinien. Biomed Res Int, 2022, S. 1279961.
6. Yu, Z., et al., LncRNA SNHG16 reguliert Trophoblastenfunktionen über die miR-218-5p/LASP1-Achse. J Mol Histol, 2021. 52(5): S. 1021–1033.