Einfluss von Kulturmedien auf die Untersuchungen der Aufnahme und Toxizität von Spurenelementen in Zellkultur

摘要

Die Untersuchung von physiologischen und toxikologischen Eigenschaften von Spurenelementen werden häufig in invitro-Zellkultursystemen durchgeführt. Hierbei werden die Zellen in besonderen Kulturmedien gehalten, die sich signifikant von ihrer physiologischen Umgebung unterscheiden. Dies ermöglicht die gezielte Untersuchung zahlreicher Vorgänge auf zellulärer oder sogar molekularer Ebene. Allerdings wird hierbei ein Aspekt vernachlässigt - die unterschiedliche Speziierung der Metallionen. Die Kulturbedingungen haben einen erheblichen Einfluss auf Untersuchungen mit Zinkionen (Zn~(2+)). Ihre Konzentration wird durch Bindung an verschiedene Serumproteine um mehrere Größenordnungen gepuffert. Aufgrund der komplexen Zusammensetzung von Serum und seinen zahlreichen Zink-bindenden Inhaltsstoffen ist die Speziierung von Zink in Kulturmedien noch nicht komplett verstanden. Es ist aber bekannt, dass die Hauptmenge des Zn~(2+) an Albumin gebunden ist. Dies vermindert die freie Zn~(2+)-Konzentration, und somit seine biologischen Effekte, wie Aufnahme, Zytotoxizität und den Einfluss auf die Phosphorylierung von Proteinen. Dies gilt auch für andere Elemente, wie Ag~+, Cu~(2+), Pb~(2+), Cd~(2+), Hg~(2+), und Ni~(2+). Normalerweise enthalten Kulturmedien nur einen Bruchteil der Serummenge, und damit der Pufferkapazität für Metallionen, wie die physiologische Umgebung der Zellen. Dies führt zu einer systematischen Überschätzung der Effekte extrazellulärer Metallionen, wenn Zellkulturen als Modellsysteme für die Untersuchung von Vorgängen in vivo verwendet werden.