# Zellkulturmedium

Ein Zellkulturmedium bezeichnet in der Zellkultur ein Nährmedium, das für die Kultur von eukaryotischen Zellen verwendet wird.

## Eigenschaften

Nährmedien für die Kultur von Tierzellen sind ausschließlich Flüssigmedien. Sie umfassen RPMI-1640, Basal Medium Eagle (BME), Eagle’s Minimal Essential Medium, Dulbecco's Modified Eagle Medium, α-MEM (Minimum Essential Medium Eagle–alpha Modifikation), Ham's F-10, Ham's F-12, Glasgow Minimum Essential Medium (GMEM), Iscove’s Modified Dulbecco’s Medium (IMDM), Leibovitz's L-15 Medium, McCoy's Medium und für die Insektenzellkultur Trichoplusia ni Medium-Formulation Hink (TNM-FH, z. B. Grace's Insect Medium, Supplemented). Oftmals wird auch eine 1:1-Mischung von DMEM und Ham's F-12 verwendet, dass die hohe Glucosekonzentration von DMEM mit der hohen Aminosäurekonzentration von Ham's F-12 kombiniert.
Zellkulturmedien sind isotonisch. Die Osmolalität von Blutplasma in Säugern beträgt circa 290 mosm/kg H$_2$O. Bei Medien für Säugerzellen liegt daher die Osmolalität zwischen 270 mosm/kg H$_2$O für RPMI-1640 und 340 mosm/kg H$_2$O für DMEM. Um eine ausreichende Versorgung mit Luftsauerstoff zu ermöglichen, ist weniger als ein Zentimeter Höhe an Medium über den Zellen. Bei Insektenkulturen wird die Osmolalität auf etwa 360 mosm/kg H$_2$O eingestellt. Medien für Amphibienzellen haben eine deutlich niedrigere Osmolalität. Wenn HEPES als zusätzliche Puffersubstanz hinzugegeben wird, muss die Konzentration an Natriumchlorid stöchiometrisch entsprechend gesenkt werden. Meistens enthalten Zellkulturmedien einen ungiftigen pH-Indikator wie Phenolrot, der eine Ansäuerung des Mediums mit einem Farbumschlag zu gelb und somit einen nötigen Wechsel des Mediums anzeigt. Die weiteren Bestandteile der Zellkulturmedien können in folgende Gruppen eingeteilt werden: Glucose als Energielieferant und Kohlenstoffquelle, Aminosäuren, Salze einschließlich Spurenelemente, Vitamine und Cofaktoren.

## Zusammensetzung

Verschiedene MEM-Derivate (Auswahl), in [mg/L] :
| Bestandteil | BME | MEM | α-MEMa | DMEM | IMDM |
| Glycin | | | 50 | 30 | 30 |
| L-Alanin | | | 25 | | 25 |
| L-Arginin × HCl | 21 | 126 | 126 | 84 | 84 |
| L-Asparagin × H$_2$O | | | 50 | | 25 |
| L-Asparaginsäure | | | 30 | | 30 |
| L-Cystein × HCl × H$_2$O | | | 100 | | 91,4 |
| L-Cystin × 2 HCl | 16 | 31 | 31 | 63 | |
| L-Glutaminsäure | | | 75 | | 75 |
| L-Glutamin | 292 | 292 | 292 | 584 | 584 |
| L-Histidin | 8 | | 31 | 42 | |
| L-Histidin × HCl × H$_2$O | | 42 | 42 | | 42 |
| L-Isoleucin | 26 | 52 | 52 | 105 | 105 |
| L-Leucin | 26 | 52 | 52 | 105 | 105 |
| L-Lysin × HCl | 36,47 | 73 | 73 | 146 | 146 |
| L-Methionin | 7,5 | 15 | 15 | 30 | 30 |
| L-Phenylalanin | 16,5 | 32 | 32 | 66 | 66 |
| L-Prolin | | | 40 | | 40 |
| L-Serin | | | 25 | 42 | 42 |
| L-Threonin | 24 | 48 | 48 | 95 | 95 |
| L-Tryptophan | 4 | 10 | 10 | 16 | 16 |
| L-Tyrosin, Dinatriumsalz × 2 H$_2$O | 26 | 52 | 52 | 104 | 104 |
| L-Valin | 23,5 | 46 | 46 | 94 | 94 |
| Ascorbinsäure | | | 50 | | |
| Biotin | 1 | | 0,1 | | 0,013 |
| Cholinchlorid | 1 | 1 | 1 | 4 | 4 |
| D-Calciumpantothenat | 1 | 1 | 1 | 4 | |
| Folsäure | 1 | 1 | 1 | 4 | 4 |
| Niacinamid | 1 | 1 | 1 | 4 | 4 |
| Pyridoxal × HCl | 1 | 1 | 1 | 4 | 4 |
| Riboflavin | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,4 | 0,4 |
| Thiaminhydrochlorid | 1 | 1 | 1 | 4 | 4 |
| Vitamin B$_{12}$ | | 1,36 | | 0,013 |
| i-Inositol | 2 | 2 | 2 | 7,2 | 7,2 |
| Calciumchlorid (CaCl$_2$) (anhyd.) | 200 | 200 | 200 | 200 | 165 |
| Eisennitrat (Fe(NO$_3$)$_3$ × 9 H$_2$O) | | | | 0,1 | |
| Kaliumnitrat | | | | | 0,076 |
| Kaliumchlorid (KCl) | 400 | 400 | 400 | 400 | 330 |
| Magnesiumsulfat (MgSO$_4$) (anhyd.) | 97,67 | 97,67 | 97,67 | 97,67 | 97,67 |
| Natriumhydrogencarbonat (NaHCO$_3$) | 2200 | 2200 | 2200 | 3700 | 3024 |
| Natriumchlorid (NaCl) | 6800 | 6800 | 6800 | 6400 | 4505 |
| Natriumdihydrogenphosphat (NaH$_2$PO$_4$ × H$_2$O) | 140 | 140 | 140 | 125 | 125 |
| Natriumselenit | | | | | 0,017 |
| D-Glucose (Dextrose) | 1000 | 1000 | 1000 | 1000/4500 | 4500 |
| Liponsäure | | | 0,2 | | |
| Phenolrot | 10 | 10 | 10 | 15 | 15 |
| Natriumpyruvat | | | 110 | 110 | 110 |
| HEPES | | | | | 5958 |

## Zusätze

Dem Medium wird oftmals 10 % Volumenanteil an FCS (auch FKS) hinzugefügt, das Wachstumsfaktoren enthält. Da Proteine für die meisten Zelltypen nicht in der üblichen Nahrung vorkommen (außer bei manchen Blutzellen), denn diese werden im Gegensatz zu kleineren Molekülen in den Blutgefäßen im Blutkreislauf zurückgehalten, wird FCS zur Denaturierung der Proteine hitzeinaktiviert. Daneben wird die Aminosäure Glutamin aufgrund einer Neigung zur Hydrolyse sowie Natriumhydrogencarbonat aufgrund einer Neigung zum Ausgasen bei einem pH-Wert von 7,4 frisch zugegeben. Die Glutaminlösung sollte in Aliquots aufgeteilt bei −20 °C aufbewahrt werden, ebenso sollten glutaminhaltige Medien bei 4 °C aufbewahrt werden, um eine Hydrolyse zu minimieren.
Glutaminzusätze :
| Medium | Volumen einer 200 mM Glutaminlösung in [ml/l] | Glutamin-Endkonzentration in [mg/l] |
| BME Earle | 10,0 | 292,3 |
| BME Hanks | 10,0 | 292,3 |
| DMEM (Dulbeccos MEM) | 20,0 | 584,6 |
| DMEM/Ham F-12 | 12,5 | 365,0 |
| Glasgow MEM | 10,0 | 292,3 |
| Ham's F-10 | 5,0 | 146,2 |
| Ham's F-12 | 5,0 | 146,2 |
| IMDM (Iscoves DMEM) | 20,0 | 584,6 |
| L-15 Medium (Leibovitz) | 10,3 | 300,0 |
| McCoy 5a | 7,5 | 219,15 |
| Medium 199 Earle | 3,4 | 100,0 |
| Medium 199 Hanks | 3,4 | 100,0 |
| MEM Earle | 10,0 | 292,3 |
| MEM Hanks | 10,0 | 292,3 |
| MEM Spinner | 10,0 | 292,3 |
| RPMI-1640 | 10,3 | 300,0 |
| Williams Medium E | 10,0 | 292,3 |
200 mM Glutamin entspricht in den meisten Fällen einer 100× Stammlösung. Die Endkonzentration im Medium ist dann 2 mM.
Zur Verstärkung der Pufferwirkung des Mediums wird gelegentlich HEPES zugesetzt, wobei die Konzentration von Natriumchlorid stöchiometrisch gemindert wird, um isotonisch zu bleiben. Bei Lymphozyten der Maus wird oftmals als Reduktionsmittel 50 – 200 μM β-Mercaptoethanol hinzugefügt. Der Nutzen ist umstritten. In der serumfreien Zellkultur ist β-Mercaptoethanol ohne Zugabe von BSA toxisch.

## Serumfreies Medium

Für die pharmazeutische Produktion werden dagegen definierte Medien (d. h. ohne unbekannte Komponenten) ohne Bestandteile tierischen Ursprungs (weniger Kontaminationsgefahr) verwendet. Diese enthalten anstatt FCS 5 mg/L bovines Insulin, 5 mg/L humanes Transferrin und 5 μg/L Natriumselenit und, je nach Zelltyp, weitere Zusätze. Ersatzmöglichkeiten für Serum bei verschiedenen Zelllinien sind in der Datenbank Fetal Calf Serum Free Database aufgeführt.

## Passende Medien

Medien-Zelltyp-Kombinationen :
| Zelllinie | Zellabstammung | Spezies | Gewebe | Medium |
| 293-Zellen [Hek293] | Epithel | Mensch | Embryonale Niere | MEM + 10 % FKS |
| 3T3 (NIH 3T3) | Fibroblast | Maus | Embryonal | DMEM + 10 % FKS |
| 3T6 | Fibroblast | Maus | Embryonal | DMEM + 10 % FKS |
| A-431 | Epithel | Mensch | Epidermis | DMEM + 10 % FKS |
| A549-Zellen | Epithel | Mensch | Lungenkarzinom | Ham's F-12 K + 10 % FKS |
| A6 | Epithel | Xenopus laevis | Niere | NCTC 109 Medium zu 75 %, 15 % Aq. Dest. + 10 % FKS |
| A9 L | Fibroblast | Maus | Bindegewebe | DMEM + 10 % FKS |
| AtT-20 | Epithel | Maus | Hypophysentumor | Ham's F-10, 15 % Pferdeserum + 2.5 % FKS |
| BALB/3T3 | Fibroblast | Maus | Embryonal | DMEM + 10 % FKS |
| BHK-21 | Fibroblast | Hamster | Niere | GMEM + 10 % FKS oder MEM + 10 % FKS und NEAA |
| BS-C-1 | Epithel | Grüne Meerkatze | Niere | MEM + 10 % FKS |
| BSC40 | Epithel | Grüne Meerkatze | Niere | DMEM + 10 % FKS |
| BT | Fibroblast | Rind | Nasenschleimhaut | MEM + 10 % FKS und NEAA |
| C6 | Fibroblast | Ratte | Gliom | F-12 K, 15 % Pferdeserum + 2,5 % FKS |
| Caco-2 | Epithel | Mensch | Kolon Adenokarzinom | MEM + 20 % FKS und NEAA |
| CHO-K1 | Epithel | Hamster | Ovar | F-12 + 10 % FKS |
| Clone 9 | Epithel | Ratte | Leber | F-12 K + 10 % FKS |
| Clone M-3 | Epithel | Maus | Melanom | Ham's F-10, 15 % Pferdeserum + 2,5 % FKS |
| COS-Zellen: COS-1, COS-7 | Fibroblast | Grüne Meerkatze | Niere | DMEM + 10 % FKS |
| CRFK | Epithel | Katze | Niere | MEM + 10 % FKS und NEAA |
| CV-1 | Fibroblast | Grüne Meerkatze | Niere | MEM + 10 % FKS |
| D-17 | Epithel | Hund | Osteosarkom | MEM + 10 % FKS + NEAA |
| Daudi | Lymphoid | Mensch | Burkitt-Lymphom | RPMI-1640 + 10 % FKS |
| EB | Fibroblast | Mensch | Haut | DMEM + 10 % FKS |
| GH1, GH3 | Epithel | Ratte | Hypophysentumor | Ham's F-10, 15 % Pferdeserum + 2,5 % FKS |
| H9 | Lymphoid | Mensch | T-Zell-Lymphom | RPMI-1640 + 20 % FKS |
| HaK | Epithel | Hamster | Niere | BME + 10 % Rinderserum |
| HCT-15 | Epithel | Mensch | Kolorektales Adenokarzinom | RPMI-1640 + 10 % FKS |
| HeLa-Zellen | Epithel | Mensch | Cervixkarzinom | MEM + 10 % FKS und NEAA |
| Hep G2 | Epithel | Mensch | Hepatozelluläres Carcinom | MEM + 10 % FKS |
| HK-2 | Epithel | Mensch | Niere, HPV-16 transformiert | Serumfreies Keratinozyten-medium (K-SFM, von GIBCO) + Hypophysenextrakt und EGF |
| HL-60 | Lymphoid | Mensch | Promyelocytische Leukämie | RPMI-1640 + 20 % FKS |
| HT-1080 | Epithel | Mensch | Fibrosarkom | MEM + 10 % hi FKS und NEAA |
| HT-29 | Epithel | Mensch | Kolon Adenokarzinom | McCoy's 5 A + 10 % FKS |
| HUVEC | Epithel | Mensch | Nabelschnurendothel | Ham's F-12 K + 10 % FKS und 100 μg/ml Heparin |
| I-10 | Epithel | Maus | Leydig-Zelltumor | Ham's F-10, 15 % Pferdeserum + 2,5 % FKS |
| IEC-6 | Epithel | Ratte | Dünndarmepithel | DMEM, 4 mM Glutamin, 1,5 g/l NaHCO3, 4,5 g/l Glucose, 0,1 U/ml Rinderinsulin, 10 % FKS |
| IM-9 | Lymphoid | Mensch | Peripheres Blut Multiples Myelom | RPMI-1640 + 10 % FKS |
| JEG-3 | Epithel | Mensch | Chorionkarzinom | MEM + 10 % FKS |
| Jensen | Fibroblast | Ratte | Sarcom | McCoy's 5 A + 5 % FKS |
| Jurkat | Lymphoid | Mensch | Lymphom | RPMI-1640 + 10 % FKS |
| K-562 | Lymphoid | Mensch | Myelogene Leukämie | RPMI-1640 + 10 % FKS |
| KG-1 | Myeloidyelo-blastoid | Mensch | Knochenmark Erythroleukämie | IMDM + 20 % FKS |
| L2 | Epithel | Ratte | Lunge | Ham's F-12 K + 10 % FKS |
| L6 | Myeloid | Ratte | Skelettmuskel | DMEM + 10 % FKS |
| L-929 | Fibroblast | Maus | Bindegewebe | MEM + 10 % FKS |
| LLC-PK1 | Epithel | Schwein | Niere | Medium 199, 2,2 g/l NaHCO3 + 3 % FKS |
| LLC-RK1 | Epithel | Kaninchen | Niere | Medium 199, 1,12 g/l NaHCO3 + 10 % Pferdeserum |
| LLC-MK2 | Epithel | Rhesusaffe | Niere | Medium 199, 1,68 g/l NaHCO3 + 1 % Pferdeserum |
| LLC-WRC 256 | Epithel | Ratte | Milchdrüsenkarzinom | Medium 199 + 5 % Pferdeserum |
| McCoy | Fibroblast | Maus | Unbekannt | MEM + 10 % FKS |
| MCF7 | Epithel | Mensch | Brust Adenokarzinom | MEM + 10 % FKS und NEAA + 10 μg/ml Insulin |
| MDBK | Epithel | Rind | Niere | MEM + 10 % FKS |
| MDCK-Zellen | Epithel | Hund | Niere | MEM + 10 % FKS |
| NRK-49 F | Fibroblast | Ratte | Niere | DMEM, 4 mM Glutamin, 1,5 g/l NaHCO3, 4,5 g/l Glucose + 5 % NKS |
| NRK-52E | Epithel | Ratte | Niere | DMEM, 4 mM Glutamin, 1,5 g/l NaHCO3, 4,5 g/l Glucose + 5 % NKS |
| PC-12 | neuronal | Ratte | Phäochromozytom | RPMI-1640 + 10 % hi Pferdeserum und 5 % FKS |
| PK13 | Epithel | Schwein | Niere | DMEM + 10 % FKS |
| PK(15) | Epithel | Schwein | Niere | MEM + 10 % FKS |
| PtK1 | Epithel | Potoroo, Lang-schnauziges Kaninchen-känguru | Niere | MEM + 10 % FKS |
| Raji | Lymphoid | Mensch | Burkitt-Lymphom | RPMI-1640 + 10 % FKS |
| RK13 | Epithel | Kaninchen | Niere | MEM + 10 % FKS |
| SW-13 | | Mensch | Nebennierenrindenkarzinom | Leibovitz L-15 + 10 % FKS |
| T84 | Epithel | Mensch | Kolon Adenokarzinom | DMEM/Ham's F-12 (1:1), 2,5 mM Glutamin + 5 % FKS |
| Vero-Zellen | | Grüne Meerkatze | Niere | MEM + 10 % FKS |
| WI-38 | Epithel | Mensch | Embryonale Lunge | BME + 10 % FKS |
| XC | Epithel | Ratte | Rous Sarkom | MEM + 10 % FKS und NEAA |
| Y-1 | Epithel | Maus | Nebennierenrindentumor | Ham's F-10, 15 % Pferdeserum + 2,5 % FKS |
| Sf9, Sf21 | | Spodoptera frugiperda | Ovar | TNM-FH + 10 % hi FKS, oder Sf-900 II SFM (serumfrei), oder Sf-900™ III SFM (serumfrei) |
| High Five (BTITN-5B1-4) | | Trichoplusia ni | Ovar | TNM-FH + 10 % FKS, oder Express Five SFM (serumfrei) |
| Schneider 2 (S. 2), D.Mel-2 | | Drosophila melanogaster | Embryo | Schneider’s Drosophila Medium + 10 % hi FKS |

## Waschlösungen

Zum Waschen und zur kurzfristigen Lagerung (wenige Minuten) werden Balanced Salt Solutions wie Phosphatgepufferte Salzlösung (PBS), Hanks-Salze oder Earle-Salze verwendet.