Falschen Zellen auf der Spur

Pressemitteilung vom 10.05.2010
Die Qualitätsprüfung von Zelllinien ist in der Forschung bisher ein freiwilliger Schritt, obwohl veränderte Zellen die Forschungsergebnisse signifikant beeinflussen können. Dr. Heidrun Holland, Expertin für Zellauthentifizierung am TRM der Universität, hat im Mai auf einem internationalen Workshop der European Medicines Agency in London über die Tumorgenizität von Zelllinien diskutiert. Angeregt wurde ihre Teilnahme vom renommierten Paul-Ehrlich-Institut (PEI), das in Deutschland die Zulassung von biomedizinischen Arzneimitteln und Zelltherapeutika reguliert und deren Sicherheit kontrolliert. 2009 hatte Dr. Heidrun Holland vor einem Expertenkreis des PEI über das in Wissenschaftskreisen noch häufig unterschätzte Thema der Zellauthentifizierung gesprochen.

Eine Styroporkiste, gefüllt mit Trockeneis. Darin kleine codiert beschriftete Plastikröhrchen mit einem tief gefrorenen, weißlichem Zellsubstrat: So sieht die typische Zelllieferung an ein Forschungslabor aus.
Doch woher wissen die Forschenden, ob die Zellen qualitativ das sind, was sie sein sollen? Ein Blick durchs Mikroskop genügt nicht, um diese Frage zu beantworten. Erst eine Chromosomenanalyse kann Gewissheit bringen.

Diesen Prüfservice hält das Translationszentrum für Regenerative Medizin (TRM) der Universität Leipzig für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die mit Zellkulturen arbeiten, bereit. "Wir müssen davon ausgehen, dass bis zu 15 Prozent der verfügbaren Zell-Linien verunreinigt oder verändert sind. Sie müssen rechtzeitig erkannt und aussortiert werden, um fehlerhafte Ergebnisse zu vermeiden. Diese Maßnahme spart viel Mühe und erhebliche Mittel, denn Zellkultur-Experimente sind sehr kostspielig!", erklärt Prof. Dr. Frank Emmrich, Direktor des Zentrums. "Wir wollen für die anwendungsorientierte Forschung unseres Zentrums höchste Qualitätsmaßstäbe setzen und diesen Service auch anderen Wissenschaftlern anbieten."

Um Veränderungen an Zellen zu ermitteln, werden standardisierte Verfahren, wie zum Beispiel die Karyotypisierung, eingesetzt. Die Biologin Dr. Heidrun Holland, die am TRM Leipzig eine Arbeitsgruppe zur Zellauthentifizierung leitet, überprüft auf diese Weise die Anzahl der Chromosomen und deren grobe Struktur. So kann sie feststellen, ob Chromosomen fehlen oder doppelt vorhanden sind, und ob grobe Abweichungen in der Chromosomenstruktur vorliegen. "Die bisherigen Untersuchungen von humanen (menschlichen) Zell-Linien ergaben meist keinen Anhalt auf chromosomale Veränderungen," erläutert Frau Holland ihre Befunde. "Aber bei murinen Zelllinien, also Mauszellen, sind häufig Veränderungen und Instabilitäten zu beobachten."

Um kleinere chromosomale Abweichungen zu identifizieren, gibt es die so genannten FISH-Techniken, bei denen fluoreszenzmarkierte DNA-Sonden direkt auf Chromosomen und/oder Zellen gebracht werden. Nach entsprechenden Waschschritten und einer Gegenfärbung kann das Material dann schließlich unter dem Fluoreszenzmikroskop ausgewertet werden. Mit der so genannten SKY-Technik, die auf der simultanen Fluoreszenzmarkierung der Autosomenpaare und Gonosomen basiert und jedes Chromosomenpaar in spezifischen Spektralfarben zeigt, lassen sich vor allem komplexere chromosomale Umbauten besser erkennen.

"Die Ursachen für Veränderungen können ganz verschieden sein," erläutert Dr. Heidrun Holland. "Mutationen, genetic drift und mikrobiologische Verunreinigungen sind bei Zellkulturen ein bekanntes Risiko. Haben die Zellen durch die Veränderung einen Anpassungsvorteil, gewinnen sie schnell die Oberhand in der Kulturschale." Das kann wiederum das Verhalten der Zellen in vitro und in vivo und damit die Forschungsergebnisse erheblich beeinflussen. Erkennt man diese zellulären Mängel erst nach einigen Forschungsjahren ist viel Arbeit umsonst gewesen.

Die Leipzigerin begleitet mit ihren Überprüfungen unter anderem eine sehr umfangreiche Studie mit einer Lungenkarzinomzelllinie, die über drei Jahre lang von mehreren Arbeitsgruppen in Deutschland verwendet wird. "Die Erstanalyse ergab einen, dieser Zell-Linie entsprechenden, korrekten Befund. Im Verlauf der Studie wird die Stabilität der Zell-Linie jedoch weiter verfolgt. Auch zum Abschluss der Studie sind Untersuchungen zum Chromosomensatz essentiell, um zusätzlich aufgetretene chromosomale Veränderungen möglichst ausschließen zu können", schildert die Zellexpertin ihre Begleitung.

Für die Erstellung und Interpretation der zytogenetischen Befunde gibt es das "ISCN", das "International System for Human Cytogenetic Nomenclature". Darin sind die internationalen Bewertungskriterien und Richtlinien für zytogenetische und molekular-zytogenetische Analysen verbindlich festgelegt. Bisher entscheiden Forschende in Deutschland selbst, ob sie sich ihre Zelllinie authentifizieren lassen. "Das Bewusstsein bei den Forschern für dieses Thema wächst," beobachtet Heidrun Holland. Sie geht außerdem davon aus, dass es nur noch eine Frage der Zeit ist, bis Bestimmungen für verbindliche Zellprüfungen verabschiedet werden.

Manuela Lißina Krause