Zellkulturmodelle

Zellkulturmodelle bezeichnet man als in vitro entwickelte Systeme, in denen Zellen außerhalb des Organismus unter kontrollierten Bedingungen kultiviert werden. Sie dienen der Untersuchung zellulärer Prozesse, der Wirkstoffprüfung, der Toxikologie und der Modellierung von Krankheiten. Typischerweise werden Zellen in Kulturgefäßen gehalten und mit definiertem Medium, Substrat und Umweltparametern wie Temperatur, CO2-Gehalt und pH-Wert versorgt.

Zu den grundlegendsten Modellen gehören 2D-Kulturen, bei denen Zellen als Monolayer auf festen Trägermaterialien wachsen. Fortgeschrittene Ansätze verwenden 3D-Kulturen, etwa Sphäroide oder Organoide, die Gewebearchitektur, Genexpression und Zell-Zell-Interaktionen besser widerspiegeln. Ergänzend kommen Co-Kulturen zum Einsatz, in denen verschiedene Zelltypen zusammenarbeiten, sowie mikrofluidische Systeme wie Organ-on-a-Chip, die Gewebephysiologie simulieren.

Organoide stammen aus Stammzellen oder induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) und entwickeln sich zu funktionsähnlichen Miniorganen. Diese Modelle ermöglichen, organ-spezifische Strukturen und Funktionen zu untersuchen, bleiben aber oft noch reduziert im Vergleich zu echten Organen.

Anwendungsbereiche umfassen Grundlagenforschung, Wirkstoffscreening, toxikologische Beurteilungen und die Modellierung von Krankheiten, etwa Krebs, Leber- oder neurodegenerative Erkrankungen. In der personalisierten Medizin gewinnen patientenspezifische Zellen an Bedeutung, um individuelle Therapien zu evaluieren.

Vorteile von Zellkulturmodellen sind kontrollierte Umgebungen, Reproduzierbarkeit, geringere ethische Bedenken gegenüber Tierversuchen und relative Kosteneffizienz. Nachteile bestehen in der fehlenden Ganzorgan- oder Immunsystem-Integration, eingeschränkter Vaskularisierung und der oft erhöhten Anpassung an künstliche Bedingungen.

Ethik und Standardisierung spielen eine zentrale Rolle. Herkunft und Nutzung von Zellen müssen transparent geklärt werden, insbesondere bei humanen Zellen. International angestrebte Leitlinien zielen auf reproduzierbare Protokolle, Dokumentation der Zelllinien und Datenaustausch, um Vergleichbarkeit und Transparenz zu gewährleisten.