Kulturmedium
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Kulturmedium, das einsetzbar ist für die in vitro-Kultivierung von biologischem Material, insbesondere für die Kultivierung ganzer Embryonen der Ratte und der Maus.
Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik
Es ist bekannt, dass ganze Embryonen von Nagern außerhalb des Muttertieres in vitro angezüchtet werden können. Diese Kultur- technik, die in den sechziger Jahren von New (New 1966a; New 1966b; New, (1967) entwickelt wurde, findet verbreitete Anwendung und führte zu Erkenntnissen in der Embryonalentwicklung, wobei wachstumsregulatorische, morphogenetische als auch me- tabolische Prozesse, die während der Organogenese im Embryo ab- laufen, grundlegend aufgeklärt werden konnten. Die
Nagerembryonen werden dabei schnellstmöglich nach Entnahme aus dem Muttertier in jeweils 4-7 ml Kulturmedium in versiegelten und begasten Kulturgefäßen für 24 bis 48 Stunden in einem temperierten Brutschrank rotierend inkubiert (Steele et al., 1974; New et al., 1976), wobei in vitro unter optimalen Kulturbedingungen eine fast ebenso gute Entwicklung des Embryos wie in vivo erzielbar ist.
Anwendungsgebiete der Methode zur Kultivierung ganzer Embryonen sind das Screening von Substanzen mit einem vermuteten terato- genen Potential (Schmid et al. 1993) sowie das Studium terato- gener Mechanismen unter Ausschaltung maternaler Effekte. Bislang
verbreitet zur Untersuchung von Substanzen auf schädliche Nebenwirkungen ist die sogenannte "Segment II-Testung", welche eine Verfahrensweise zur Testung von Arzneimitteln und anderer Chemikalien ist, wobei das übliche Testprotokoll eine tägliche Gabe der Testsubstanz an schwangere Tiere wahrend der Organogenese vorsieht, gefolgt von der morphologischen Untersuchung und Beurteilung der Feten kurz vor der Geburt. Der Einsatz von zwei Spezies (üblicherweise sind das Ratte und Kaninchen) und drei Testkonzentrationen ist dabei gefordert, die so gewählt werden müssen, dass die Hochstdosis einige Zeichen maternaler Toxizitat zeigt. Diese Testung ist jedoch aufgrund des Aufwandes ausgesprochen teuer. Daher hat sich die m vitro-Kultur ganzer Embryonen als weniger aufwendige Screeningmethode etabliert, um Nagerembryonen wahrend der kritischen Phase der Organogenese den Testchemikalien auszusetzen. Dabei wird dem Kulturmedium die Testchemikalie zugesetzt und die kultivierten Embryonen werden nach Abschluss der Kulturphase mit Hilfe eines Sconng Systems (Brown et al . , 1981) hinsichtlich bestimmter Endpunkte wie z.B. Anzahl der Somiten, Proteingehalt des Embryos, Scheitel-Steiß- Lange und morphologischer Entwicklungsparameter (z.B. Kopf-, Ohr-, Augen- und Herzentwicklung) unter möglicher Einbeziehung der Histologie auf Fehlbildungen hm beurteilt. Dosis- Wirkungsbeziehungen erlauben so Rückschlüsse auf ein teratogenes Potential der untersuchten Testsubstanz.
Kitchin et al. (1986) sahen die Vorteile der Kultur ganzer Embryonen auf dem Gebiet des Screenings, wobei (1) die Testsubstanz unter kontrollierten Bedingungen verabreicht werden kann unter Ausschluss maternaler Wechselwirkungen mit unbekannter Absorption, Verteilung, Metabolismus und Ausscheidung; (2) Embryonen verschiedener Spezies (hauptsächlich Ratte und Maus) der Testsubstanz m identischen Testkonzentrationen ausgesetzt
werden können; (3) spezifische, die Wurfgroße beeinflussende Effekte umgangen werden können, da die Embryonen individuell kultiviert werden können, und (4) metabolisch aktivierende Systeme dem Kulturmedium zugesetzt werden können. 5
Aufgrund der hohen Kosten für die Herstellung des Kulturmediums selbst sind die Kosten der Kultivierung ganzer Embryonen immer noch relativ hoch. Denn im Gegensatz zu vielen Zeil- und Organkultursystemen, in denen die verschiedensten Rezepturen
10 chemisch-definierter Kulturmedien mit Zusatz von wenig oder gar keinem Serum zum Einsatz kommen können, ist der Nahrstoffbedarf ganzer Embryonen so hoch, dass das Kulturmedium für ganze Embryonen meist einen Serumanteil von bis zu 70% und mehr aufweisen sollte. Solches Serum muß jedoch von Anwendern unter hohem Kos-
15 ten- und Arbeitsaufwand und unter strenger Beachtung der Tier- schutzrichtlmien gewonnen werden. Als Spendertiere werden nach dem Stand der Technik Ratten in großer Anzahl benotigt, die aufgrund der erforderlichen Punktion zur Blutentnahme und des hohen Blutverlustes sterben. Das unter Einhaltung bekannter Stan-
20 dardprotokolle gewonnene Rattenserum wird dabei noch vor der Gerinnung zentπfugiert , um m Vitro eine Doppelherzbildung zu vermeiden und zusätzlich auch noch einer Hitzemaktivierung für 30 Minuten bei 56°C unterzogen, bevor es einsetzbar ist als Kulturmedium (Steele et al., 1974; New et al., 1976; Cockroft,
25 1977; New, 1978) .
Obwohl einige beachtliche Anstrengungen unternommen wurden, essentielle und das Wachstum und die Differenzierung beeinflussende Elemente von Rattenserum zu identifizieren, um ein 30 chemisch-definiertes Medium für die Kultur ganzer Embryonen zu entwickeln, sind bisher nur wenige Ersatzstoffe für das Rattenserum selbst vorgeschlagen worden. Zum Beispiel, haben einige
Arbeitsgruppen humanes Serum für die Kultivierung von Rattenembryonen ausgetestet (Shepard et al . , 1970; Chatot et al . , 1980; Gupta et al . , 1983), jedoch sind die Resultate weder so gut noch so konsistent wie der Einsatz von Rattenserum (Steele, 1985) .
Klug entwickelte 1985 ein Kulturmedium auf der Basis von Serum adulter Rinder, angereichert mit D+-Glucose und Methionm, welches in einem 4-Wochentakt von Kühen aus der Rinderklinik der FU-Berlin gewonnen wird (Klug et al . , 1985a; Klug et al., 1990). Das Blut dieser ausgesuchten Rinder darf dabei vor der Abtrennung des Serums nicht zur Gerinnung gelangen; jedoch erwies sich bisher aus unbekannten Gründen nicht jede Spenderkuh als geeignet, und bei Verlust der erfolgreichen Spenderkuh mussten aufwendige Vortestungen von neuem beginnen. Ferner standen bei jedem Gewinnungszyklus immer nur maximal 0,5 Liter Serum zur Verfugung.
Kommerziell erhaltliche Seren bovmen Ursprungs, ob vom Fetus, Kalb oder adulten Tier, die im Großmaßstab von ca. 1.000-Literpools je Charge prozessiert werden, haben den
Nachteil, dass sie das Wachstum und die Differenzierung der Embryonen in vitro nicht unterstutzen, da sie entweder zu viele toxische Bestandteile enthalten oder wachstumsfordernde Inhaltsstoffe fehlen (Flick et al., 1999).
Technisches Problem der Erfindung.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein in großen Mengen erfugbares Medium zur Kultivierung ganzer Embryonen nicht-menschlicher Saugetiere anzugeben, in welchem die embryonale Entwicklung gut ablauft, insbesondere Wachstum und
Differenzierung von Embryonen der Ratte und der Maus in vitro über einen Kulturzeitraum von mindestens 24 bis 48 Stunden erlaubt, und welches dennoch einfach und preisgünstig herstellbar
Es sollte standardisierbar und gut charakterisierbar sein , die notwendigen aktiven Inhaltsstoffe enthalten und frei von Tox n- konzentrationen sein, die das Wachstum der Embryonen behindern konnten .
Grundzuge der Erfindung
Zur Losung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung ein Kulturmedium enthaltend: a) 1 - 99 Vol.-% fetales Saugerserum, vorzugsweise fetales Kalberserum (FCS), und b) 1 - 99 Vol . -% adultes Saugerserum, vorzugsweise adultes Rinderserum, wobei die Summe der Anteile der Komponenten a) und b) stets 100 Vol . -% betragt. Kalberserum wird für die Zwecke der Erfindung als unter den Begriff des adulten Rinderserums fallend betrachtet. Der Begriff des Serums umfaßt auch fraktionierte Seren, wobei ggf. beispielsweise Albumin und/oder gamma-Globulme (teilweise oder ganz) abgetrennt sein können sowie übliche kommerzielle Serumer- satzlosungen. Im Falle von fraktionierten Seren enthalten diese als naturliche Komponenten typischerweise alpha 1-Globulme, alpha 1-Lιpoproteιne, alpha 2-Globulme, alpha 2-Glycoproteιne, Coeruloproteme, Prothrombin, beta-Globulme, betal-Lipoproteme, Transfemne und/oder Plasminogen in zumind- est 10 Gew.-%, vorzugsweise zumindest 50 Gew.-%, des natürlichen Totalproteingehaltes des betreffenden Serums. Erforderlichenfalls kann einem erfmdungsgemaßen Kulturmedium weiterhin
Methionin, Eisensalze bzw. -Komplexe, Insulin, Glucose, Vitamine, EGF, IGF I + II, VEGF, HGF, FGF, rPl-1, Prolaktm, Angio- tensm II, Spurenelemente wie Se, HDL, Alpha-1-Inhιbιtor III, Apo-AI, und/oder alpha 1/2 Macroglobulm enthalten. Schließlich kann Wasser, vorzugsweise des Reinheitgrades zur Injektion, zugegeben sein. Die Komponenten a) und b) können von unterschiedlichen Saugerspezies stammen, solange das fetale Serum nicht humanen Ursprunges ist, vorzugsweise sind die Komponenten a) und b) jedoch von der gleichen Saugerspezies. Als Saugerspe- zies sind neben Rind insbesondere auch Schwein, Pferd, Rodenten wie Ratte, Maus und Kaninchen, sowie der Mensch zu nennen. Vorzugsweise handelt es sich um Saugerspezies, welchen ohne nennenswerte gesundheitlich Beeinträchtigung größere Mengen (> 100 ml) Blut abgenommen werden können.
Ein erfindungsgemaßes Kulturmedium weist in bevorzugter Ausfuhrungsform keinerlei oder allenfalls nur wenige Inhaltsstoffe auf, die von der Ratte abstammen. Es besteht teilweise oder völlig aus kommerziell erhältlichen Komponenten und ist folglich einfach, preiswert und in großen Mengen herstellbar. Überraschenderweise ermöglicht ein erfindungsgemaßes Kulturmedium dennoch ein gleichwertiges Wachstum und eine gleichwertige Differenzierung der ganzen Embryonen in vitro, verglichen mit den Medien des Standes der Technik. Es ist aufgrund der eingesetzten Komponenten sehr gut charakterisierbar und erlaubt ein kontrolliertes Wachstum der ganzen Embryonen.
Das Kulturmedium nach der Erfindung weist als Grundkomponenten mindestens zwei verschiedene Seren vorzugsweise bovinen Ur- Sprungs auf, die nach verschiedenen separat ablaufenden Verfahrensstufen bzw. -pfaden zu deren Aufreinigung miteinander vereinigt und schließlich optional mit verschiedenen
Wachstumsfaktoren angereichert werden. Die zwei Seren liefern praktisch alle notwendigen Nährstoffe für die zu kultivierenden Embryonen. Denn mit der Kombination von mindestens zwei unterschiedlichen Seren bovinen Ursprungs werden unterschiedliche Nährstoffkomponenten, die für Wachstums- und Differenzierunsprozesse notwendig sind, dem Embryo über das Kulturmedium nach der Erfindung angeboten. Insbesondere werden vermutlich über den Zusatz von FCS bestimmte fetale Komponenten in das Kulturmedium eingebracht und zugleich toxische Komponenten des Serums adulter Tiere herunterverdunnt . Zum Beispiel ist es bekannt, dass unbe- handelte adulte bovine Sera hohe Titer von IgG s aufweisen, die nicht hitzelabil sind und die die Versorgung des Embryos mit Nährstoffen über eine Schädigung des Dottersackes behindern (Brent, 1998). Das FCS enthalt jedoch aufgrund des Alters der Feten im allgemeinen immer äußerst niedrige Titer von IgG s. Durch Zusatz von hohen Mengenanteilen des FCS zum Anteil des adulten Rinderserums wird daher der Titer von IgG insgesamt stark verdünnt und offensichtlich unter das toxische Level gebracht. Die mengenmäßigen Anteile des Serums adulter Tiere stel- len jedoch auch notwendige Substanzen dem Kulturmedium nach der Erfindung als Inhaltsstoffe zur Verfugung, die nicht im FCS enthalten sind, und die vom Embryo für Wachstums- und Diffen- zierungsprozesse benotigt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemaßen Mediums sind in den Ansprüchen 2 bis 9 angegeben.
Die Erfindung lehrt weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemaßen Kulturmediums gemäß dem Anspruch 10 sowie Verwendungen gemäß den Ansprüchen 11 und 12. Im Falle des Anspruchs 11 ist die Kultivierung embryonaler Stammzellen sowie von Keimzellen ausgeschlossen, sofern eine solche Verwendung
gesetzlich verboten ist. Es kann sich empfehlen, den Stufen AI) und/oder Bl) ein schnelles definiertes Auftauen gefrorenen Ausgangsserums vorzuschalten. Das Auftauen kann bei einer Temperatur von 20 bis 50 °C, vorzugsweise von 30 bis 45 °C, höchstvorzugsweise von 35 bis 40 °C, erfolgen.
Bestimmte Schritte des Verfahrens zur Herstellung des Kulturmediums betreffen die Präzipitation bestimmter Proteinfraktionen durch Auftau- und Einfriervorgänge. Es ist wohlbekannt, dass Serum beim Einfrierprozess ansteigenden Salzkonzentrationen ausgesetzt wird. Schnelles Einfrieren minimiert dieses „Aussalzen", erhöht jedoch den Sauerstoffgehalt in der Lösung und kann somit auch Oxidationsvorgänge fördern. Bei der Aufreinigung von Stufe A und Stufe B finden folgende Punkte zweckmäßigerweise Beach- tung. Beim Einfrieren von proteinhaltigen Lösungen kann die
Funktion dieser Lösung, wie z.B. enzymatische Aktivität als auch die Proteinstruktur beeinflusst und verändert werden. Diese Effekte variieren mit Kühl-, Einfrier- und Auftauzyklen, mit der Dauer des Einfrierens und der Temperatur als auch mit der Zusam- mensetzung der Lösung. Jedes Protein antwortet anders auf diese physikalische Behandlung, d.h. jede einzelne Behandlung mag nicht optimal sein für ein bestimmtes Protein des Serumpools. Einige Enzyme tolerieren die verschiedenen Einfrier- als auch -auftauzyklen besser als andere, z.B. sind fibrilläre Proteine empfindlicher gegenüber dem Einfrierprozess als globuläre Proteine (Fennema 1982). Weiterhin kann die Autooxidation zur Bildung und Freisetzung freier Radikale führen, die wiederum fast alle Serumkomponenten nachteilig verändern können. Es ist bekannt, dass Serum viele Prooxidantien enthält, unter ihnen sind Hämo- globin und Xanthinoxidase die zwei Wichtigsten. Xanthinoxydase ist nicht hitzeinaktivierbar, dennoch kann man seine schädliche Aktivität durch die Auswahl eines Serums mit niedrigem
Hämoglobingehalt begrenzen. Die ebenfalls schädliche Photooxydation sollte durch geeignete Lichtschutzmaßnahmen minimiert werden.
5. Ein Maximum an wachstumsfördernder Potenz für das Kulturmedium kann dadurch erzielt werden, daß alle Seren schnellstmöglich aufgetaut werden, indem man die Serum-Flaschen direkt in ein Wasserbad einbringt. Wenn man das Serum langsam auftaut, erfährt das Serum an der Wandung der Containerflasche eine Salzkonzen- 0 trierung, bei der bestimmte Serumkomponenten höheren Salzkonzentrationen als erwünscht ausgesetzt werden. Es ist daher wünschenswert, die folgende Empfehlung einzuhalten: Erstens; Resuspendierung der viskosen Anteile durch periodisches Schwenken der Serumflasche während des Auftauprozesses, wobei 5 jedoch eine Schaumbildung ausgeschlossen sein uss; und zweitens, schnelles Wiedereinfrieren des Serums, indem man die Serum enthaltenen Flaschen direkt in einen Supercooler einbringt und die Probe eingefroren lagert bei minus 18 bis minus 35°C, vorzugsweise bei minus 20 bis minus 30°C, bevorzugterweise je- 0 doch bei minus 22 bis minus 24 °C.
Eine weitere Option ist die Hitzeinaktivierung des Serumpools bei 50-60°C über 10-45 Minuten, welche die Toxizitat des Serums vermindern kann. Man sah anfangs die Hitzeinaktivierung als not- 5 wendig an, um hitzeempfindliche Komponenten, wie z.B. das Komplement, zu zerstören. Es ist im Rahmen der Erfindung jedoch festgestellt worden, dass es nicht notwendig ist, das fetale Serum einer Behandlung mit Hitze auszusetzen, um das Komplement zu zerstören, da offensichtlich die Auftau- und Einfrierprozesse 0 sowie das Erwärmen der Seren auf 37 °C hitzelabile Komplementfaktoren in ausreichender Weise selbst schon zerstören. Weiterhin besteht keine Notwendigkeit zur Hitzeinaktivierung, etwa um
schädliche Mycoplasmen zu zerstören, da das kommerziell erhältliche FCS ursprünglich bereits durch drei hinterein- andergeschaltete Filter mit einer Porengröße von 0.1 μm von Lieferantenseite filtriert wurde. Gegensätzlich zu allen Proto- kollen zur Whole Embryo Kultur wurde daher auch festgestellt, dass eine Hitzeinaktivierung des FCS wenig, wenn nicht gar keinen Nutzen für das Wachstum der ganzen Embryonen hat. Ferner, dass trotz nicht durchgeführter Hitzeinaktivierung keine Doppelherzbildung in Vitro auftrat und allgemein nur dazu führt, dass die Wachstumsraten insgesamt vermindert sind. Eine Hitzeinaktivierung, sollte sie notwendig erscheinen, sollte daher überwacht werden durch ein Verfahren, welches wiederholbar ist. 500- ml-Flaschen sollten immer portioniert werden in kleine Aliquots von 10-100 ml, vorzugsweise 50 ml, um zu garantieren, dass das Serum der Hitze nicht unnötig lange ausgesetzt wird und dass die Serumfraktionen schnellstmöglich wieder eingefroren als auch wieder aufgetaut werden können. Es sollten dabei Glasflaschen und keine Plastikflaschen benutzt werden, da Glas ein besserer Wärmeleiter ist. Eine optionale Behandlung ist die zusätzliche Anreicherung der Stufe C mit bestimmten Vitaminen. Es ist bekannt (Cockroft et al., 1988), dass viele Vitamine für Wachstum und Differenzierung von Embryonen wichtig sind. Der Bedarf an einer breiten Palette von Vitaminen hängt jedoch nachweislich vom eingesetzten Somitenstadium ab. So ist für Rat- tenembryonen bekannt, dass frühere Stadien wie z.B. der
Gestationstag 9.0 eine eindeutige Notwendigkeit für die Anwesenheit von Pantothenat, Riboflavin, myo-Inositol, Folsäure und Niacinamid zeigt, wohingegen spätere embryonale Stadien (Tag 10.5) nur einen absoluten Bedarf an Riboflavin aufweisen. Diese Daten wurden jedoch durch Dialyseversuche ermittelt. Auch wenn einzelne Vitamine durch Lagerungsdauer des Serums sowie durch die Präzipitationsvorgänge im Kulturmedium nach der Erfindung
verloren gegangen sein sollten, so ist doch davon auszugehen, dass immer ein gewisser Grundgehalt an Vitaminen darin noch enthalten ist, der abhängig vom eingesetzten Embryonalstadium, schon ausreichend sein kann, um Wachstum und Differenzierung der Embryonen in vitro angemessen zu ermöglichen.
Neben der zweckmäßigen Anreicherung des Kulturmediums mit Me- thionin (Coelho et al., 1989., Coelho et al., 1990) und Glucose (Ellington, 1987) ist eine zusätzliche Anreicherung in der Stufe C mit weiteren freien Aminosäuren und/oder Vitaminen, aber auch mit anderen in der Whole Embryo Literatur beschriebenen Wachstumsfaktoren möglich, um eine hohe Proteinsynthese und insgesamt optimale Entwicklung der Embryonen in vitro zu garantieren.
Um bakterielles Wachstum oder das anderer Mikroorganismen infolge der verschiedenen Aufreinigungsschritte zu verhindern, ist eine nachträgliche, weitere Sterilisierung des Kulturmediums zu empfehlen, z.B. durch Verwendung von sterilen Filterkartuschen, wobei zu bedenken ist, dass wachstumsfördernde Komponenten wiederum verloren gehen könnten. Bakterielle Sterilität sowie der Ausschluss des Wachstums von Pilzen kann überprüft werden durch direkte Kulturtechniken in Flüssigmedien gemäß den üblichen Standardvorschriften. Sterilität gegenüber Mycoplasmen kann überprüft werden durch direkte Kulturtechniken in Flüssigmedien, Immunfluoreszenz und Färbung mit Hoechst Farbstoffen. Virale Sterilität kann nachgewiesen werden gemäß Verfahren 9CFR113.53. IgG' s können quantitativ mit dem Nephelometer gemessen werden. Endotoxine können gemessen werden im LAL Assay und sollten eine Konzentration von < 10 EU/ml, vorzugsweise 1-5 EU/ml, und bevorzugterweise < 1 EU/ml aufweisen. Hämoglobin kann spektrophotome- trisch gemessen werden und sollte einen Wert von < 20 mg/dl
nicht überschreiten, vorzugsweise < 10 mg/dl und bevorzugterweise einen Wert < 3 mg/dl aufweisen.
Als letzte Maßnahme kann der Gesamtproteingehalt des Kulturmedi- ums eingestellt werden durch Konzentrierungs- als auch Verdünnungsmaßnahmen, um dasselbe auf einen gewünschten Kontrollbereich von 5-8 g/dl Gesamtprotein, vorzugsweise auf 6-7 g/dl, einzustellen. Gleichzeitig können Elektrolytlevels (K+, Na+, etc.) auf jedes gewünschte Level eingestellt werden; vor- zugsweise werden sie folgendermaßen eingestellt: [Na+] = 100-200 meq/Liter; [K+] = 1-20 meq/Liter; [Ca+2] = 1-5 meq/Liter. Bevorzugte Werte sind [Na+] = 150 meq/Liter; [K+] = 5-6 meq/Liter; [Ca+2] = 3-4 meq/Liter. Der pH-Wert wird auf 6-8, bevorzugt auf 7,5 bis 7,6 eingestellt. Die Osmolarität ist niedrig und sollte zwischen 280 und 320 mosm liegen, vorzugsweise zwischen 285 und 305 mosm.
Niedrige Endotoxinwerte sowie niedrige Hämoglobingehalte sind Indikatoren dafür, dass das Serum sorgfältig gesammelt und schnellstmöglich unter minimalster Zelllysis und minimalster Freisetzung von Mycoplasmen und Viren aufgearbeitet wurde. Hohe alpha-Globulingehalte, normale beta-Globulingehalte und niedrige Immunglobulingehalte sind wünschenswert. Serum von USDA-Qualität und/oder aus Ursprungsländern wie Neuseeland und Australien sind wichtige qualitative Voraussetzungen für das Verfahren zur Herstellung des Kulturmediums.
Das Kulturmedium nach der Erfindung ist lagerungsstabil bei minus 22 bis minus 24 °C für mindestens 2 Jahre.
Beispiele:
Beispiel 1: Herstellungsweg eines Kulturmediums aus kommerziell erhaltlichen Komponenten (Fig. 1).
Stufe A. Ein bei minus 22 bis minus 24°C gelagertes, kommerziell erhältliches Serum von Feten (FCS) wird unter kontrollierten Bedingungen aufgetaut. Eine erste Fraktion, die schädliche Komponenten enthalt, prazipitiert dabei aus der Losung, die durch Filtration abgetrennt wird. Der abgetrennte erste Überstand wird wieder eingefroren. Nach dem erneuten Auftauen dieses sog. er- sten Uberstandes wird dieser mit einem adäquaten Gasgemisch zur Einstellung des pH versetzt und unter Rollbewegungen in einem Inkubator bei 37 °C gehalten, wobei eine zweite Fraktion aus dem Serum ausprazipitiert . Diese Fraktion enthalt Substanzen, die das Wachstum der kultivierten Embryonen eher behindern als fordern. Demgemass wird dieses zweite feste Retentat vom sog. zweiten Überstand durch Filtration abgetrennt und verworfen.
Stufe B. Ein bei minus 22 bis minus 24°C gelagertes, kommerziell erhältliches Serum adulter Rinder wird unter kontrollierten Bedingungen aufgetaut. Eine erste Fraktion, die schädliche Komponenten enthalt, prazipitiert dabei aus der Losung, die durch Filtration abgetrennt wird. Der abgetrennte erste Überstand wird wieder eingefroren. Nach dem erneuten Auftauen dieses sog. ersten Uberstandes wird dieser mit einem adäquaten Gasgemisch zur Einstellung des pH versetzt und unter Rollbewegungen in einem Inkubator bei 37 °C gehalten, wobei eine zweite Fraktion aus dem Serum ausprazipitiert. Diese Fraktion enthalt Substanzen, die mehr das Wachstum der kultivierten Embryonen behindern als fordern. Demgemass wird dieses zweite feste Retentat vom sog. zweiten Überstand durch Filtration abgetrennt und verworfen.
Stufe C. Volumenmäßig gleiche oder unterschiedliche Anteile der zweiten Überstände aus Stufe A und Stufe B werden alsdann zusammengemischt .
Beispiel 2: Herstellungsweg eines Kulturmediums aus teilweise käuflichen Komponenten (Fig. 2).
Stufe A. Ein bei minus 22 bis minus 24 °C gelagertes, kommerziell erhältliches FCS wird unter kontrollierten Bedingungen aufge- taut. Eine erste Fraktion, die schädliche Komponenten enthält, prazipitiert dabei aus der Lösung, die durch Filtration abgetrennt wird. Der abgetrennte erste Überstand wird wieder eingefroren. Nach dem erneuten Auftauen dieses sog. ersten Überstandes wird dieser mit einem adäquaten Gasgemisch zur Einstel- lung des pH versetzt und unter Rollbewegungen in einem Inkubator bei 37 °C gehalten, wobei eine zweite Fraktion aus dem Serum ausprazipitiert. Diese Fraktion enthält Substanzen, die mehr das Wachstum der kultivierten Embryonen behindern als fördern. Demgemass wird dieses zweite feste Retentat vom sog. zweiten Über- stand durch Filtration abgetrennt und verworfen.
Stufe B. Ein bei minus 22 bis minus 24 °C gelagertes Serum einer adulten Spenderkuh, gewonnen nach dem Protokoll von Klug et al., (1985 a) , wird unter kontrollierten Bedingungen aufgetaut. Eine erste Fraktion, die schädliche Komponenten enthält, prazipitiert dabei aus der Lösung, die durch Filtration abgetrennt wird. Der abgetrennte erste Überstand wird wieder eingefroren. Nach dem erneuten Auftauen dieses sog. ersten Überstandes wird dieser mit einem adäquaten Gasgemisch zur Einstellung des pH versetzt und unter Rollbewegungen in einem Inkubator bei 37 °C gehalten, wobei eine zweite Fraktion aus dem Serum ausprazipitiert. Diese Fraktion enthält vermutlich Substanzen, die mehr das Wachstum der
kultivierten Embryonen behindern als fordern. Demgemass wird dieses zweite feste Retentat vom sog. zweiten überstand durch Filtration abgetrennt und verworfen.
Stufe C. Volumenmaßig gleiche oder unterschiedliche Anteile der zweiten überstände aus Stufe A und Stufe B werden alsdann zusammengemischt .
Beispiel 3: Ausfuhrliche Beschreibung eines Verfahrens zur Her- Stellung eines Kulturmediums nach Beispiel 1.
Stufe A. Eine kommerziell erhaltliche 500-ml Flasche mit fetalem bovinem Serum wird unter leichten Schwenkbewegungen in einem Wasserbad aufgetaut. Nachdem das Serum sorgfaltig vermischt wurde, wird es unter sterilen Bedingungen portioniert, vorzugsweise in 50 ml Volumina, und und schnellstmöglich auf 15-20°C heruntergekühlt. Anschließend wird der erste überstand durch Filtration des Serums durch eine Filterkartusche mit einer Porengroße von 0.22 μm abfiltriert vom festen ersten Pellet. Der sog. erste überstand wird dann durch Einbringen der Probe in einen Supercooler schnellstmöglich eingefroren, wo er bei minus 22 bis minus 24 °C verbleibt.
Am Versuchstag wird der sog. erste überstand wieder in einem Wasserbad aufgetaut, gefolgt von steriler Begasung des sog. 2. Uberstandes mit 5% C02, 10 % 02 und 85 % N2 für 1-10 Minuten, vorzugsweise für 2-5 Minuten, um den pH-Wert auf 6.5-8.5, vorzugsweise auf 7.0-8.0 und bevorzugterweise auf 7.4-7.6 einzustellen. Der sog. erste Überstand wird dann für 1-3 Stunden leicht rotiert, bevorzugterweise für 2 Stunden bei 37.0-37.5°C. Dem weiteren Aufreinigungsprozeß schließt sich danach eine sofortige Filtration des Serums durch eine Filterkartusche mit
einer Porengroße von 0.22 μm an, wobei das Pellet verworfen und der sog. zweite überstand gesondert aufgefangen und lichtgeschutzt gelagert wird bei 15 bis 20°C.
Stufe B. Eine kommerziell erhältliche 500-ml Flasche mit adultem bovinem Serum wird unter leichten Schwenkbewegungen einem Wasserbad aufgetaut. Nachdem das Serum sorgfaltig vermischt wurde, wird es unter sterilen Bedingungen portioniert, vorzugsweise 50 ml Volumina, und schnellstmöglich auf 15-20°C heruntergekühlt. Anschließend wird der erste überstand wird durch Filtration des Serums durch eine Filterkartusche mit einer Porengroße von 0.2 μm abfiltriert vom festen ersten Pellet. Der sog. erste überstand wird dann durch Einbringen der Probe in einen Supercooler schnellstmöglich eingefroren, wo er bei minus 22 bis minus 24°C verbleibt.
Am Versuchstag wird der sog. erste überstand wieder in einem Wasserbad aufgetaut, gefolgt von steriler Begasung des sog. 2. Uberstandes mit 5% C0
2, 10 % 0
2 und 85 % N
2 für 1-10 Minuten, vorzugsweise für 2-5 Minuten und bevorzugterweise für 3.5 Minuten, um den pH-Wert auf 6.5-8.5, vorzugsweise auf 7.0-8.0 und bevorzugterweise auf 7.4-7.6 einzustellen. Der sog. erste überstand wird dann für 1-3 Stunden bei 35-39°C leicht rotiert, bevorzugterweise für 2 Stunden bei 37.0-37.5°C. Dem weiteren Aufreinigungsprozess schließt sich danach eine sofortige Filtration des Serums durch eine Filterkartusche mit einer Porengroße von 0.22 μm an, wobei das Pellet verworfen und der sog. zweite überstand gesondert aufgefangen und lichtgeschutzt gelagert wird
Stufe C. Das Verfahren zur Herstellung des Kulturmediums nach der Erfindung wird fortgeführt, indem unter sterilen Bedingungen
bestimmte Volumina des 2. Uberstandes aus Stufe A vermischt werden mit bestimmten Volumina des 2. Uberstandes aus Stufe B. In Stufe C kann zusatzlich angereichert werden mit essentiellen bekannten Wachstumsfaktoren, entweder vor oder nach der Ver- 5 einigung der Produkte aus Stufe A und Stufe B.
Beispiel 4: Ausfuhrliche Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung eines Kulturmediums nach Beispiel 2.
10 Stufe A. Eine kommerziell erhaltliche 500-ml Flasche mit fetalem bovinem Serum wird unter leichten Schwenkbewegungen in einem Wasserbad aufgetaut. Nachdem das Serum sorgfaltig vermischt wurde, wird es unter sterilen Bedingungen portioniert, vorzugsweise in 50 ml Volumina, und schnellstmöglich auf 15-20°C herun-
15 tergekuhlt. Anschließend wird der erste Überstand wird durch Filtration des Serums durch eine Filterkartusche mit einer Porengroße von 0.22 μm abfiltriert vom festen ersten Pellet. Der sog. erste überstand wird dann durch Einbringen der Probe in einen Supercooler schnellstmöglich eingefroren, wo er bei minus
20 22 bis minus 24 °C verbleibt.
Am Versuchstag wird der sog. erste überstand wieder in einem Wasserbad aufgetaut, gefolgt von steriler Begasung des sog. 2. Uberstandes mit 5% C02, 10 % 02 und 85 % N2 für 1-10 Minuten,
25 vorzugsweise für 2-5 Minuten, um den pH-Wert auf 6.5-8.5, vorzugsweise auf 7.0-8.0 und bevorzugterweise auf 7.4-7.6 einzustellen. Der sog. erste Überstand wird dann für 1-3 Stunden bei 35-39°C leicht rotiert, bevorzugterweise für 2 Stunden bei 37.0-37.5°C. Dem weiteren Aufreinigungsprozess schließt sich
30 danach eine sofortige Filtration des Serums durch eine Filterkartusche mit einer Porengroße von 0.22 μm an, wobei das
Pellet verworfen und der sog. zweite Überstand gesondert aufgefangen und lichtgeschützt gelagert wird bei 15 bis 20°C.
Stufe B. Serum wird von einer gesunden, vorzugsweise nicht trächtigen Spenderkuh nach bekanntem Verfahren gewonnen, aufgearbeitet (Klug et al., 1985a) und eingefroren gelagert in 50 ml Volumina (Glasflaschen) . Bei Bedarf wird dieses Serum dann in einem 37 °C Wasserbad aufgetaut. Nachdem das Serum sorgfältig vermischt wurde, wird es auf 15-20°C heruntergekühlt. Anschließend wird der erste Überstand wird durch Filtration des Serums durch eine Filterkartusche mit einer Porengröße von 0.2 μm abfiltriert vom festen ersten Pellet. Der sog. erste Überstand wird dann durch Einbringen der Probe in einen Supercooler schnellstmöglich eingefroren, wo er bei minus 22 bis minus 24 °C verbleibt.
Am Versuchstag wird der sog. erste Überstand wieder in einem
37 °C Wasserbad aufgetaut, gefolgt von steriler Begasung des sog.
2. Überstandes mit 5% C02, 10 % 02 und 85 % N2 für 1-10 Minuten, vorzugsweise für 2-5 Minuten, um den pH-Wert auf 6.5-8.5, vorzugsweise auf 7.0-8.0 und bevorzugterweise auf 7.4-7.6 einzustellen. Der sog. erste Überstand wird dann für 1-3 Stunden bei 35-39°C leicht rotiert, bevorzugterweise für 2 Stunden bei 37.0-37.5°C. Dem weiteren Aufreinigungsprozess schließt sich danach eine sofortige Filtration des Serums durch eine Filterkartusche mit einer Porengröße von 0.22 μm an, wobei das Pellet verworfen und der sog. zweite Überstand gesondert aufgefangen und lichtgeschützt gelagert wird bei 15 bis 20°C.
Stufe C. Das Verfahren zur Herstellung des Kulturmediums nach der Erfindung wird fortgeführt, indem unter sterilen Bedingungen bestimmte Volumina des 2. Überstandes aus Stufe A vermischt
werden mit bestimmten Volumina des 2. Uberstandes aus Stufe B. Stufe C kann zusätzlich angereichert werden mit essentiellen bekannten Wachstumsfaktoren, entweder vor oder nach der Vereinigung der Produkte aus Stufe A und Stufe B.
Beispiel 5: Anwendungsgebiete
Das Kulturmedium nach der Erfindung ist nützlich in allen Anwendungsgebieten der Zeil- und Gewebekultur, in denen auch FCS benutzt wird. Es kann als kostengünstiges Ersatzkulturmedium eingesetzt werden, da viele Zellinien darin angezuchtet werden können. Auf Anwendungsgebiet betragt der Gehalt an Serum dann nur 2-20 Volumenprozent, bevorzugterweise ungefähr 10%. Das Anwendungsgebiet umfasst Monolayerkulturen, Suspensionskulturen und Clonierungskulturen. Das bedeutendste Anwendungsgebiet für das Kulturmedium nach der Entwicklung besteht jedoch als Kulturmedium ganzer Nagerembryonen speziell für die Kultivierung von Embryonen der Ratte, und der Maus
Beispiel 6: Kulturtechnik und Testansatz ganzer Embryonen für den Gestationstag 9,5)
Trachtige Ratten vom Gestationstag 9,5; wobei die ersten 24 Stunden nach der Verpaarung „Tag 0" genannt werden (unter Nach- weis von Spermien im Vagmalabstrich) , wurden durch Dekapitation getötet und deren Embryonen basierend nach der Kulturtechnik von Steele et al . (1974), New et al. (1976) und Klug et al. (1985a) für 48 Stunden kultiviert. Die Embryonen wurden vor Einsatz in die Kultur gestaged nach Brown et al. (1991), und nur mittlere Headfold-Stadien (mit 2 und 3 Somiten) wurden in den Testansatz aufgenommen.
Je 3-4 Embryonen wurden dafür m rotierenden Penicillmflaschen (25 rpm) bei 38,5°C in 7 ml Kulturmedium für 48 Stunden kultiviert. Die mit dem Kulturmedium und den Embryonen beschickten Kulturflaschen wurden initial begast mit 10% 02/ 5% C02 und 85% N2. Nach 36 Stunden Kultur wurden die Kulturflaschen erneut begast, jetzt aber mit einem Gasgemisch von 50% 02, 5% C02 und 45% N2. Am Ende des Kulturzeitraums von 48 Stunden wurden die Embryonen bezuglich Wachstum und Entwicklung auf Basis eines Scormg- systems (Brown et al. (1981) und Klug et al, (1985a) beurteilt sowie der Proteingehalt des Embryos ermittelt.
Daten in den Tabellen 1 bis 5 geben die Medianwerte (mittlere Zahl m der betreffenden Spalte) als auch das dritte Quartil (obere Zahl m der betreffenden Spalte) und das erste Quartil (untere Zahl in der betreffenden Spalte) wieder.
Die Testansatze (Tabelle 1-5) bestanden immer aus 6 ml Testserum und 1 ml Puffer, wobei allen bovinen Testseren über den zugesetzten Puffer pro ml Kulturmedium zusätzlich 3 mg D+-Glukose und 75 μg Methionm zugesetzt wurde, da bekannt ist, daß bovine Seren im Allgemeinen weniger Glukose als Rattenserum enthalten und zusätzlich Methionm benotigen, um den Schluß des Neural- rohrs zu gewährleisten und um somit weitere Fehlbildungen zu verhindern.
Tabelle 1 zeigt die Kulturergebnisse von Tag 9,5 Rattenembryonen nach 48 Stunden Kultur. Rattenserum, von Spendertieren nach Steele et al. (1974) und New et al. (1976) gewonnen und aufbereitet, kam unsupplementiert zum Einsatz (6 ml Rattenserum plus 1 ml Puffer) und diente als Referenz. Es wurden ausgetestet verschiedene Chargen adultes bovmes Serum nach Klug et al., (1985a) sowie 2 verschiedene Chargen kommerziell erhältliches
FCS höchster Qualität sowie Kulturmedien nach Beispiel 2/4. Alle Seren wurden für 30 Min einer Hitzebehandlung bei 56°C unterzogen. Die Ergebnisse zeigen, daß die erfindungsgemäßen Kulturmedien ein deutlich besseres Wachstum und eine bessere sowie normale Differenzierung der Embryonen ermöglicht als adultes bovines Serum nach Klug et al., (1985a). Das erfindungsgemäße Kulturmedium ermöglicht dies bis zu einer starken Verschiebung der Volumenanteile von Stufe A und Stufe B, nämlich bis auf 5 Volumenanteile FCS (Stufe A) und 1 Volumenanteil adultes bovines Serum (Stufe B) . FCS als Kulturmedium ist nicht förderlich und führt zu einer hohen Fehlbildungsrate, einem sehr niedrigen Proteinwert und mangelhaftem Längenwachstum (CR) .
Tabelle 2 demonstriert die Kulturergebnisse von Tag 9.5 Rat- tenembryonen nach 48 Stunden Kultur. Es wurde speziell die Dauer der Hitzeinaktivierung variiert. Die Ergebnisse zeigen, daß adultes Serum, welches nach Klug et al., (1985a) gewonnen und aufgearbeitet wurde, einer Hitzeinaktivierung unterzogen werden muß, wohingegen FCS nicht hitzebehandelt werden darf (vergleiche hierzu auch mit hitzebehandeltem FCS, Tabelle 1) . Das Kulturmedium nach Beispiel 1/3 als auch die Kulturmedien nach Beispiel 2/4 ermöglichen ein besseres Wachstum sowie eine normale Differenzierung der Embryonen in vitro als das Kulturmedium nach Klug et al., (1985a), (vergleiche hierzu auch mit Tabelle 1).
Beispiel 7: Kulturtechnik und Testansatz der Embryonen für den Gestationstag 10,1
Trächtige Ratten vom Gestationstag 10,1; wobei die ersten 24 Stunden nach der Verpaarung „Tag 0" genannt werden (unter Nachweis von Spermien im Vaginalabstrich) , wurden durch Dekapitation getötet und deren Embryonen basierend nach der Kulturtechnik von
Steele et al. (1974) und New et al . (1976), und in Anlehnung an die Basistechnik von Klug et al. (1985a) für 50 Stunden kultiviert. Die Embryonen wurden vor Einsatz in die Kultur gestaged nach Fujinaga et al. (1995), und nur Embryonen des Stadiums 12 (8 Somiten) und Stadium 13 (9 Somiten) wurden in den Testansatz aufgenommen.
Je 3 Embryonen wurden dafür in rotierenden Penicillinflaschen (25 rpm) bei 38,5°C in 7 ml Kulturmedium für 50 Stunden kul- tiviert. Die mit dem Kulturmedium und den Embryonen beschickten Kulturflaschen wurden initial begast mit 15% 02, 5% C02 und 80% N2. Nach 36 Stunden Kultur wurden die Kulturflaschen erneut begast, jetzt aber mit einem Gasgemisch von 40% 02, 5% C02 und 55% N2 und ein drittes Mal nach 43 Stunden mit 85% 02, 5% C02 und 10% N2. Am Ende des Kulturzeitraums von 50 Stunden wurden die Embryonen bezüglich Wachstum und Entwicklung auf Basis eines Scoring- systems (Brown et al. (1981) und Klug et al, (1985a) beurteilt sowie der Proteingehalt des Embryos ermittelt.
Tabelle 3 zeigt die Kulturergebnisse von Tag 10.1 Rattenembryonen nach 50 Stunden Kultur. Rattenserum, von Spendertieren nach Steele et al. (1974) und New et al . (1976) gewonnen und aufbereitet, kam unsupplementiert zum Einsatz (6 ml Rattenserum plus 1 ml Puffer) und diente als Referenz. Es wurden ausgetestet, kom- merziell erhältliches FCS und kommerziell erhältliches adultes Rinderserum, welche beide ebenfalls für 30 Min. bei 56°C hitzebehandelt wurden. Die Ergebnisse zeigen, daß nur das Rattenserum ein gutes Wachstum und eine normale Differenzierung der Embryonen ermöglicht.
Tabelle 4 demonstriert die Kulturergebnisse von Tag 10.1 Rattenembryonen nach 50 Stunden Kultur im Kulturmedium nach
Beispiel 1/3 bzw. 2/4. Es wurden ausgetestet verschiedene kommerziell erhältliche FCS und verschiedene kommerziell erhältliche adulte Rinderseren. Alle adulten Seren wurden dabei einer Hitzebehandlung unterzogen. Die Ergebnisse zeigen, daß das Kul- turmedium nach Beispiel 1/3 bzw. 2/4 ein gutes Wachstum und eine normale Differenzierung der Embryonen in vitro ermöglicht, und daß das kommerzielle adulte Serum qualitativ hochwertig sein sollte.
Tabelle 5 demonstriert im direkten Vergleich die Kulturergebnisse von Tag 10.1 Rattenembryonen nach 50 Stunden Kultur in verschiedenen Kulturmedien. Die Ergebnisse zeigen, daß das Kulturmedium nach Beispiel 1/3 ebenso wie nach 2/4 ein gutes Wachstum und eine normale Differenzierung der Embryonen in vitro ermöglicht; daß eine zusätzliche Anreicherung des Kulturmediums mit Vitaminen vorteilhaft ist und daß eine strenge Stadieneinteilung bei Selektion der Embryonen für die Kultur zu erfolgen hat.
Tabelle 1. Kulturergebnisse von Tag 9,5 Rattenembryonen nach 48 Stunden Kultur in vitro in verschiedenen Kulturmedien.
Testserum Quelle Stufe t n CR Som Score Prot Abn C (56°C) (mm) (n) (μg/E) (%)
Nach dem Stand der Technik:
4,02 27 39 307,5
Rattenserum FU 30' 13 3,90 27 39 305,8 0
3,78 27 39 282,5 3,30 25 36 196,6
BS (lot 4/99) FU 30' 16 3,15 24 36 164,8 18,8
3,06 23 34 150,3 3,27 24 35 199,4
BS (lot 6/99) FU 30' 11 3,18 23 35 169,6 9,1
3,12 23 35 158,1 2,94 25 28 127,0
FCS 1 G 30' 13 2,85 24 25 109,8 53,8 2,70 22 23 84.6
Nach Beispiel 2 und 4:
3,48 26 38 224,0
FCS ' + G/FU 2+1 30730' 12 3,48 25 36 211,8 0 BS (lot 6/99) 3.42 24 34 189,0
3,44 25 36 202,8
FCS ' + G/FU 5+1 30730' 14 3,33 24 35 201,1 7,1 BS (lot 6/99) 3,27 24 34 187,1
3,72 27 38 256,0
FCS 2 + G/FU 1+1 30730' 15 3,60 27 37 225,2 0 BS (lot 4/99) 3,45 26 36 213,4 3,72 28 38 245,1
FCS ] + G/FU 1+1 30730' 15 3,48 27 37 229,7 0 BS (lot 8/99) 3,36 27 37 209,2 3,72 27 37 246,3
FCS 2 + G/FU 1+1 30730' 10 3,63 27 36 217,1 0 BS (lot 8/99) 3,45 26 36 200,4
FCS ' kommerziell erhältliches FCS von sehr hoher Qualität
FCS 2 kommerziell erhältliches FCS von sehr hoher Qualität, empfohlen für embryonale Stammzellen
Tabelle 2. Kulturergebnisse von Tag 9,5 Rattenembryonen nach 48 Stunden Kultur in vitro in verschiedenen Kulturmedien unter Austestung verschiedener Hitzeinaktivierungsschemata.
Testserum Quelle Stufe t n CR Som Score Prot Abn
C (56°C) (mm) (n) (μg E) (%)
Nach dem Stand der Technik:
3.12 25 34 157.4
FCS 12 3,03 24 33 138,0 16,6
2,91 23 125,9
BS FU 12 100
3,54 24 32 212,6
BS FU 15' 16 3,27 24 30 174,4 62,5
3,14 22 24 155,4
Nach Beispiel 1 und 3:
3.66 27 38 218,3 FCS + cBS H/H 1+1 0730' 12 3,60 27 37 204,0
3,36 26 36 167,7
Nach Beispiel 2 und 4:
3,59 26 37 238, 1
FCS + BS G/FU 1+1 30730' 26 3,42 26 36 224,2
3.36 25 36 204,4
3.72 28 38 237,5
FCS + BS G/FU 1 + 1 0730' 3,66 27 38 225,5
3,50 27 37 201 ,0
3.72 28 38 229,8
FCS + BS G/FU 1 + 1 0715' 15 3,66 27 38 217,5 6,6
3.43 27 36 192.8
3.72 28 38 275,5
FCS + BS G/FU 1+1 0745' 14 3,72 28 38 263,5
3,60 27 38 249,8
24 27 192.0
FCS + BS G/FU 1 + 1 070' 16 n.d. 22 26 177,0 100
20 23 150,8
* Nicht meßbar, da alle Embryonen fehlgebildet waren.
Tabelle 3. Kulturergebnisse von Tag 10,1 Rattenembryonen nach 50 Stunden Kultur in vitro in verschiedenen Kulturmedien.
Testserum Quelle Stufe t n CR Som Score Prot Abn
C (56°C) (mm) (n) (μg E) (%)
Nach dem Stand der Technik:
4,44 33 49 578.4
Rattenserum FU 30' 4,38 32 49 548,0
4,23 32 49 536,0
3.54 28 36 163,2
FCS 0' 26 3,36 26 33 131 ,6 100
3.12 24 31 93.6
3,54 28 35 214,8 cBS 30' 13 3,48 27 34 181,2 100
3,30 26 32 158,4
3.87 27 39 293,7 cBS H so- io 3,78 27 37 259,4 100
3.62 24 33 21 1,0
Epicard des Herzens leicht aufgebläht bei 3 Embryonen.
Tabelle 4. Kulturergebnisse von Tag 10,1 Rattenembryonen nach 50 Stunden Kultur in vitro in verschiedenen bovinen Kulturmedien.
Testserum Quelle Stufe t n CR Som Score Prot Abn
C (56°C) (mm) (n) (μg/E) (%)
Nach Beispiel 1 und 3.
4 32 30 46 368 8
FCS + cBS G/P* 1+1 0730' 33 4,14 30 45 300,4 13,3
3,84 29 41 253 6 4,61 32 48 41 .2
FCS + cBS G/H 1+1 0730" 15 4,50 32 48 410,0 0
4,38 32 48 389 5 4,32 31 47 411 6
FCS + cBS H/H 1+1 0730' 15 4,26 31 47 381,6 0
4,20 31 47 355 6 4,86 33 48 516,0
FCS + cBS H/H 1+1 0730' 16 4,71 33 48 494,0 0
+ Vitamine ' 4,56 32 48 460,8
Nach Beispiel 2 und 4:
4,80 31 49 504,4
FCS + BS G FU 1+1 0730' 41 4,62 31 48 466,4 0
4,50 31 46 446.7 4,50 31 47 360.4
FCS + BS G/FU 5+1 0730' 1 1 4,35 30 47 330,0 1 1,1
4,14 30 44 2596
P* Kommerzielles adultes Serum aus mittlerem Preissegment. ' Zusatz von 0,2 μg/ml Riboflavin und 12.0 μg/ml myo-Inositol.
Tabelle 5. Kulturergebnisse von Tag 10,1 Rattenembryonen nach 50 Stunden Kultur in vitro in verschiedenen bovinen Kulturmedien.
Testserum >•« Quelle Embryonaln CR Som Score Prot Abn stadium (mm) (n) (με/E)
Nach Beispiel 1 und 3:
4,35 31,5 46,5 374,2
FCS + cBS H/H stage 12/6s 8 4,20 31,0 45,0 332,4 0 + Vitamine 4 3.90 30,0 44,0 324,6 4,61 32,0 48,0 456,8
FCS + cBS H/H stage 12/7s 4 4,50 32,0 48,0 445,2 0 + Vitamine 4 4,38 31,8 48,0 443,3 stage 12/8s 4,88 33,3 48,0 521,6
FCS + cBS H/H stage 13/9s 12 4,77 33,0 48,0 511,4 0 + Vitamine 4 4.56 33,0 48,0 485,3
FCS + cBS H/H stage 13/10s + Vitamine 4
Nach Beispiel 2 und 4:
FCS + BS G/FU stage 12/6s
4,40 31,0 47,0 440,1
FCS + BS G/FU stage 12/7s 12 4,32 31,0 47,0 411,3 0
4,20 30,0 47,0 397,3 stage 12/8s 4,80 31,0 49,0 504,4
FCS + BS G/FU stage 13/9s 41 4,62 31,0 48,0 466,4 0
4,50 31,0 46,5 446,7 4,89 33,0 49,0 546,6
FCS + BS G/FU stage 13/lOs 3 4,86 33,0 49,0 532,4 0
4,83 33,0 49,0 524.6
BS und cBS wurden für 30 Min. bei 56 °C hitzeinaktiviert. FCS wurde nicht hitzeinaktiviert. Stufe C war bei allen Kulturmedien 1 + 1. Zusatz von 0,2 μg/ml Riboflavin und 12,0 μg/ml myo-Inositol.
Literatur
Brent R. L. and Fawcett L. B. (1998) Nutritional studies of the embryo during early organogenesis with normal embryos and embryos exhibiting yolk sac dysfunction. J. Pediatrics 132 (2), S6-S16. Brown N.A. and Fabro S.E. (1981) Quantification of rat embryonic development in vitro: a morphological scoring System. Teratology
24, 65-78. Chatot C.L., Klein, N.W., Piotec J. and Pierro J. (1980) Successful culture of rat embryos in human serum: Use in the detection of teratogens.
Science, N.Y. 207, 1471-1473. Cockroft D.L. (1977) Post implantation embryo culture. In: Methods of
Prenatal Toxicology, pp 231-240, Georg Thieme Publ., Stuttgart. Cockroft D.L. (1988) Changes with gestational age in nutritional requirements of postimplantation rat embryos in culture.
Teratology 38, 281-290. Coelho C.N., Weber J.A., Klein N.W., Daniels W.G. and Hoagland T.A.
(1989) Whole rat embryos require methionine for neural tube closure when cultured on cow serum. J. Nutr. 119 (11), 1716-
1725. Coelho C.N. and Klein N.W. (1990) Methionine and neural tube closure in cultured rat embryos. Morphological and biochemical analyses.
Teratology 42: 437-451. Ellington S.K. (1987) In vitro analysis of glucose metabolism and embryonic growth in postimplantation rat embryos. Development
100: 431-439. Fennema. O. (1982) Food Protein Deterioration: Mechanisms and
Functionality. American Chemical Society, 206: 109-129. Flick B, Kastner U, Klug S. (1999) Poster, präsentiert auf der Tagung
DGPT in Mainz, 1999. Fujinaga M., Hoffman B.B. and Baden J.M. (1995) Axial rotation in rat embryos: Morphological analysis and microsurgical study on the role of the allantois. Teratology, 51 94-106. Gupta M. and Beck F. (1983) Growth of 9.5-day old rat embryos in human
serum. J. Embryol. exp. Morp. 76, -1-8. ' Kitchin K.T., Schmidt B.T. and Sanyal M.K. (1986) Rodent whole-embryo culture as a teratogen screening method. Methods Find. Clin.
Pharmacol. 8(5), 291-301. Klug S., Lewandowski C. and Neubert D. (1985 a) Modification and standardization of the culture of early post-implantation embryos for toxicological studies. Archs Toxicol. 58, 84-88. Klug S., Lewandowski, C, Wildi L. and Neubert D. (1990) Bovine serum:
An alternative to rat serum as a culture medium for the rat whole embryo culture. Toxicol. In Vitro 4(4/5), 598-601. New D.A.T. (1966a) The culture of vertebrate embryos. Logos Press,
London. New D.A.T. (1966b) Development of rat embryos cultured in blood sera.
J. Reprod. Fertil. 12, 509-524. New D.A.T. ( 1967) Development of explanted rat embryos in circulating medium. J. Embryol. Exp. Morph. 17, 513-525. New D A T., Coppola P.T. and Cockroft D.L, (1976) Improved development of head-fold rat embryos in culture resulting from low oxygen and modifications of the culture serum. J. Reprod. Fertil.
48, 219-222. New D.A.T. (1978) Whole-embryo culture and the study of mammalian embryos during organogenesis. Biol. Rev. 53, 81-122. Schmid B.P., Honegger P. and Kucera P. (1993) Embryonic and fetal development: Fundamental research. Reprod. Toxicol. 7, 155-164. Shephard T.H., Tanimura T. and Robkin M. (1970) Energy metabolism in early mammalian embryos. Dev. Biol. (Suppl). 4, 42-58. Steele C.E. and New D.A.T. (1974) Serum variants causing the formation of double hearts and other abnormalities in explanted rat embryos.
J. Embryol. exp. Morp. 31, 707-719. Steele C.E. (1985) Human serum as a culture medium for rat embryos.
Experientia 41 (12), 1601-1603.
Die folgenden Abkürzungen wurden verwendet:
%- Prozent μ- mikro- μg/E- Microgramm pro Embryo
°C- Grad Celsius
1+1- ein Nolumenanteil Stufe A plus ein Volumenanteil Stufe B
2+1- zwei Volumenanteile Stufe A plus ein Volumenanteil Stufe B
5+1- fünf Volumenanteile Stufe A plus ein Volumenanteil Stufe B
Abn- Abnormitäten in der embryonalen Differenzierung pro Embryo und Testansatz
BS- adultes Rinderserum eigener Herstellung von einer Spenderkuh aus eigener Herde cBS- käufliches adultes Rinderserum eines kommerziellen Anbieters
Ca- Kalzium
CO2- Kohlendioxyd
CR- Scheitel-Steiß-Länge
EGF- Epidermal Growth Factor et al.- und andere Autoren
FCS- Fetales Kälberserum
FU Institut für Klinische Pharmakologie und Toxikologie der Freien Universität Berlin
G- kommerzieller Anbieter (Νr.1) von Serum gm- Gramm
H- kommerzieller Anbieter (Νr.2) von Serum h- Stunde(n)
IGF- Insulin-Like Growth Factor
K- Kalium
L- Liter
M- Molar mg- Milligramm min- Minute(n) ml- Milliliter mm - Millimeter mM - Millimolar mosm- Milliosmol (μmol/Kg) n - Anzahl der in vitro getesteten Embryonen pro Testansatz
N2- Stickstoff
Na- Natrium nm- Nanometer
O2- Sauerstoff
P kommerzieller Anbieter (Nr.3) von Serum
Prot- Proteingehalt des ganzen Embryos nach Entfernen der Hüllen rPL-1 rat placental lactogen
Quelle Hersteller, bzw. kommerzieller Anbieter des Testserums rpm - Umdrehungen pro Minute
Score - Bewertungsschema (siehe Brown und Fabro 1981)
Som - Somiten
Stufe C Produkt aus Stufe A und B t- angewendete Temperatur bei der Hitzeinaktivierung
VEGF- Vascular Endothelial Growth Factor
Verd- Verdünnung des Testserums