Zellkultur-Kunststoffe bilden die physische Schnittstelle zwischen In-vitro-biologischen Systemen und ihrer experimentellen Umgebung. Zwar wurden in der Vergangenheit zahlreiche Polymere eingesetzt – darunter Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC) und Polypropylen (PP) –, doch Polystyrol (PS) bleibt aufgrund seiner geringen Kosten, seiner optischen Klarheit und seiner chemisch inerten Natur das vorherrschende Material. Die biologische Leistungsfähigkeit von PS ist jedoch nicht intrinsisch; sie wird durch Oberflächenmodifikationen und Herstellungsarameter tiefgreifend beeinflusst, welche die Zellhaftung, Proliferation und Erhaltung des Phänotyps bestimmen.
Polymerauswahl und optische Eigenschaften
Die Wahl des Basispolymers richtet sich nach den anwendungsspezifischen Anforderungen. Polystyrol bietet eine ausgezeichnete optische Transparenz, was es für die Phasen kontrast- und Fluoreszenzmikroskopie unverzichtbar macht. Sein Wärmeformbeständigkeitspunkt von 64 bis 80 °C macht es für das Autoklavieren ungeeignet, aber kompatibel mit Gammabestrahlung und Gasklagemethode bzw. Gasklagemethoden (Gasplasmasterilisation). Polycarbonat hält im Gegensatz dazu dem Autoklavieren stand (Wärmeformbeständigkeit 138 bis 143 °C), weist jedoch eine geringere optische Klarheit auf, während Polypropylen eine überlegene chemische Beständigkeit für Anwendungen mit organischen Lösungsmitteln bietet. Polyethylen hoher Dichte besitzt eine hohe Gasdurchlässigkeit, eine Eigenschaft, die bei sauerstoffdurchlässigen Kultubeuteln und -membranen genutzt wird, während Polystyrol eine geringe Sauerstoffdurchlässigkeit aufweist (Koeffizient ca. 2,6 $\times$ 10−11 mL(O2)·cm/(cm2·sec·mmHg)).
Oberflächenbehandlungstechnologien
Natives Polystyrol ist hydrophob mit einer Oberflächenenergie von ca. 20 bis 40 mN/m, was der Adsorption von adhäsionsvermittelnden Proteinen entgegenwirkt und anchorage-abhängige Zellen am Anhaften hindert. Die Gewebekulturbehandlung (TC-Behandlung) begegnet dieser Einschränkung durch zwei Hauptmethoden: Koronaentladung (eingesetzt für Flasks/Flaschen, Schalen und Mikrotiterplatten) und Gasplasmabehandlung (verwendet für Rollerflaschen und Kulturröhrchen). Beide Prozesse erzeugen hochenergetische Sauerstoffionen, die auf die Polystyroloberfläche aufgepfropft werden, Polymerketten spalten und sauerstoffhaltige funktionelle Gruppen – insbesondere Hydroxyl- (–OH) und Carboxylgruppen (–COOH) – sowie stickstoffhaltige Amingruppen einführen. Die resultierende Oberfläche wird hydrophil und negativ geladen, wenn sie in das Kulturmedium eingetaucht wird, was die Adsorption von serumderived (serumabstammenden) Proteinen wie Fibronectin und Vitronectin ermöglicht, welche wiederum die integrinabhängige Zelladhäsion vermitteln.
