Toni Lindl

Optimization of chemically defined cell culture media - Replacing fetal bovine serum in mammalian in vitro methods

Quality assurance is becoming increasingly important. Good laboratory practice (GLP) and good manufacturing practice (GMP) are now established standards. The biomedical field aims at an increasing reliance on the use of in vitro methods. Cell and tissue culture methods are generally fast, cheap, reproducible and reduce the use of experimental animals. Good cell culture practice (GCCP) is an attempt to develop a common standard for in vitro methods. The implementation of the use of chemically defined media is part of the GCCP. This will decrease the dependence on animal serum, a supplement with an undefined and variable composition. Defined media supplements are commercially available for some cell types. However, information on the formulation by the companies is often limited and such supplements can therefore not be regarded as completely defined. The development of defined media is difficult and often takes place in isolation. A workshop was organised in 2009 in Copenhagen to discuss strategies to improve the development and use of serum-free defined media. In this report, the results from the meeting are discussed and the formulation of a basic serum-free medium is suggested. Furthermore, recommendations are provided to improve information exchange on newly developed serum-free media.

Zell- und Gewebekultur

Dieses Lehrbuch iiber die Zellund Gewebekulturtechniken, das nun bereits in der funften Auflage vorliegt, beansprucht zu Recht inzwischen den Ruf eines Klassikers im deutschsprachigen Raum, der mit Sicherheit viel dazu beigetragen hat, dass die Einarbeitung in diese Thematik fur viele Einsteiger wesentlich unkomplizierter wurde als zunachst befurchtet. Die Tendenz aller friiheren Auflagen sowohl in der Zunahrne des Buchurnfanges als auch in der Zunahrne der Anzahl der behandelten Themenbereiche als Folge der immer spezialisierteren Anwendungsbereiche der in vitro Forschung setzt sich fort. Dass dabei die grundlegenden Techniken der Zellkultivierung nahezu unverandert geblieben sind, zeigt sich in den Kapiteln zu den Bereichen raumliche und apparative Voraussetzungen fur ein Zellkulturlabor, fur Kulturgefalse, Steriltechnik, Herstellung von Zellkulturmedien u.a .. Die verschiedenen Methoden und Techniken der Zellund Gewebekultur werden erneut anschaulich und vor allem fur den Praktiker leicht nachvollziehbar beschrieben. Von den Basistechniken wie Sterilisation der Geratschaften bis hin zu komplizierten Farbetechniken und Organpraparationen wird die gesamte Bandbreite der Zellkultivierung abgedeckt. Der Zunahme von immer spezialisierteren und verfeinerten Methoden wie z.B. der Kultivierung von ausdifferenzierten organspezifischen Zellen oder

A plea to reduce or replace fetal bovine serum in cell culture media

To the Editor,Fetal bovine serum (FBS) is a universal growthsupplement of cell and tissue culture media. FBS is anatural cocktail of most of the factors required for cellattachment, growth, and proliferation, effective formost types of human and animal (including insect)cells. Although in use for more than 50 years, FBS hasnever been fully characterized. Recent proteomic andmetabolomic studies revealed approx. 1,800 proteins(Anderson and Anderson 2002; Anderson et al. 2004)and more than 4,000 metabolites (Psychogios et al.2011) present in serum. However, the use of serum incell culture also bears a number of disadvantages.These disadvantages can either be seen from: (a) ascientific, cell biological point of view, since serum ingeneral is an ill-defined mixture of components inculture media, with qualitative and quantitative,geographical and seasonal batch-to-batch variations,(b) from biosafety aspects, since FBS may containadverse factors, like endotoxin, mycoplasma, viralcontaminants or prion proteins, (c) from ethicalperspectives in terms of animal protection argumentsregarding the harvest and collection of FBS frombovine fetuses, and (d) in terms of recent concernsabout the global supply versus demand of FBS. As aconsequence, a number of strategies were developedto reduce or replace the requirement for FBS in cellculture media.FBS is a by-product of the beef packing industry.Thus, the supply is dictated by many factors, includingbeef consumption, dairy product consumption, feedprices, environmental factors such as drought, cattleimport and export, governmental farm policies (Sha-iler and Corrin 1999), and the outbreak of diseases(foot and mouth disease, BSE) (Asher 1999; Dormont1999; Even et al. 2006; Wessmann and Levings ).The availability of FBS has changed dramatically overthe past few years (Fujimoto 2002). Therefore, allefforts and attemptsshouldbe undertaken toovercomethe expected shortfall in FBS supply. In the case ofFBS, supply versus demand models do not followtypical economic principles. Normally, supply can beadjusted to meet the demand. However, in case ofFBS, supply and demand operate independently ofeach other. In addition, there is a severe geographicalmismatch between the supply of and the demand forFBS. Demand is highest in US and Europe, while themajor sources of FBS are far away—in Brasil,Argentina, South Africa, Australia, New Zealand,and Central America, since in those countries huge

Development of human monoclonal antibodies: A review

This article describes the current status in the development of human monoclonal antibodies. Over the last ten years a lot of information about the human immune system has emerged. Combining these with the many new (bio-)technologies it is plausible that the long awaited breakthrough of this technology is close. This paper focuses on the “classical” cell-biological methods of achieving stable, antibody-producing human cell lines via cell fusion methods or virus derived transformations of human B-lymphocytes, as well as genetic engineering methods e.g. DNA libraries or phage display technology. The available in vitro immunization methods are critically reviewed and their impact on this topic is discussed. Therapeutic applications for cancer treatment or passive immunization against infectious diseases with antibodies derived by both ways are also reviewed.

Auf der Suche nach brauchbaren Serumalternativen

Fetal bovine serum (FBS) provides essential components for growth and proliferation of cells in vitro, like hormones and growth factors, attachment and spreading factors and transport proteins. However, the use of FBS bears a number of disadvantages, and serious scientific and ethical concerns were raised regarding its harvest and production. For decades, big efforts were made in the search for valuable alternatives to FBS. Most recently, we were able to offer a promising solution.

Mediumwechsel und Fütterungszyklen

Zelllinien, die als Monolayerkulturen in Petrischalen oder in Flaschen wachsen, benotigen zu ihrem Wachstum und zur Vitalitatserhaltung regelmasigen Wechsel des Mediums, da bestimmte Bestandteile des Mediums einschlieslich aller Zusatze entweder von den Zellen metabolisiert werden oder bei 37 °C im Laufe der Zeit zerfallen. Die Intervalle der Mediumerneuerung und der Subkultivierung variieren von Zelllinie zu Zelllinie, abhangig von Stoffwechselaktivitat und Wachstumsgeschwindigkeit.

Das Zellkulturlabor: Räumliche und apparative Voraussetzungen

Zellkulturarbeiten konnen, sofern bestimmte Mindestanforderungen erfullt sind, in jedem Labor durchgefuhrt werden. Es sollte jedoch, wenn immer moglich, eine Trennung des Zellkulturlabors von anderen, viel benutzten Laborraumen durchgefuhrt werden. Dies gilt auch fur Chemikalien, Gerate und andere Laborutensilien. Hier helfen im Allgemeinen eine gute Kennzeichnung der Gerate sowie eine eigene Spulkuche bzw. eigene Reinigungsmoglichkeiten. Wenn es die raumlichen Voraussetzungen erlauben, ist eine weitere Trennung des Arbeitsbereiches, in dem steril gearbeitet werden soll (z. B. Kabinen), von den anderen Arbeitsbereichen zu empfehlen.

Reinstwasser für Zell- und Gewebekulturen

Wasser ist das meistverwendete Reagenz im Labor. Gleichgultig, ob Wasser zur Herstellung von Zellkulturmedien, zum Ansetzen von Puffern, fur empfindliche Analysen wie HPLC oder PCR oder zum Reinigen von Laborgefasen eingesetzt wird, es muss immer einen angemessenen Reinheitsgrad aufweisen, um sichere Forschungsergebnisse zu gewahrleisten.

Stammzellen und Tissue Engineering

Stammzellen sind mehr oder minder undifferenzierte Zellen, die im Organismus die Potenz (Fahigkeit) besitzen, in die rund 220 Zellarten der drei Keimblatter des Korpers zu differenzieren (s.u.). Eine besondere Eigenschaft, die Stammzellen auszeichnet, ist die Fahigkeit zur asymmetrischen Zellteilung. Nach einer Zellteilung konnen entweder beide Tochterzellen als Stammzellen verbleiben, um den internen Stammzellpool aufrechtzuerhalten (self-renewal), oder nur eine Tochterzelle verbleibt als Stammzelle wahrend die andere in einen gewebespezifischen Differenzierungspfad gelenkt wird. Man unterscheidet embryonale und adulte Stammzellen (fur Ubersichtsarbeiten siehe Czyz et al., 2003; Eckfeldt et al., 2005; Weissmann, 2000; Wobus and Boheler, 2005). Wahrend embryonale Stammzellen in einer kurzen Phase der Embryonalentwicklung (Morulastadium) noch tatsachlich zu allen denkbaren Zellen und sogar in vivo zu einem ganzen Organismus ausdifferenzieren konnen (totipotent), sind Stammzellen aus dem fertigen Organismus dazu nach dem derzeitigen Stand der Wissenschaften nicht mehr in der Lage (pluripotent und multipotent). Jedoch konnen solche Stammzellen, die mittlerweile in nahezu allen Geweben gefunden wurden, vielerlei regenerative Aufgaben im Korper erfullen, indem sie bei Bedarf in die benotigte Differenzierung einmunden. Daruber hinaus wurde entdeckt, dass adulte Stammzellen in einem ausgewachsenen Organismus selbst noch eine hohe Plastizitat aufweisen. Darunter versteht man die Fahigkeit einer Zelle, die Gewebegrenzen zu uberschreiten und sich in Zellen eines anderen Gewebetyps zu entwickeln (Herzog et al., 2003; Lakshimpathy and Verfaillie, 2005; Wagers and Weissman, 2004).

Pflanzenzell- und Gewebekultur

Pflanzliche Zell- und Gewebekulturen sind zu einem wichtigen Hilfsmittel der Grundlagenforschung und der praktischen Pflanzenzuchtung geworden, da ihre Relevanz fur die Biotechnologie und die Agrarwirtschaft erkannt worden ist (Abb. 23-1a, Abb. 23-1b).