In der filigranen Welt der Zellkultur ist ein konstantes physiologisches pH-Milieu entscheidend. Schon kleinste Schwankungen können Vitalität, Proliferation und die Reproduzierbarkeit von Experimenten beeinträchtigen. Unter den verfügbaren Puffersystemen hat sich HEPES (4-(2-Hydroxyethyl)-1-piperazinethansulfonsäure) als der Goldstandard für Anwendungen mit höchster Prazisionsansprüche etabliert.

HEPES zählt zu den Good-Puffern, einer Reihe zwitterionischer Systeme für biologische Forschung. Mit einem pKa von etwa 7,5 bietet es optimale Pufferkapazität zwischen 6,8 und 8,2 – gerade dort, wo Bicarbonatpuffer außerhalb von CO₂-Inkubatoren durch CO₂-Austausch mit der Umgebung instabil werden können.

Verglichen mit klassischen Bicarbonat-Puffern profitieren Forscher von einem unabhängigen System: HEPES für die Zellkultur reagiert nicht mit Luft-CO₂ und bleibt auch in offenen Systemen oder während Passagen, Mikroskopie und kurzzeitiger Inkubation stabil. So verhindert es gefährliche pH-Drifts, wie sie bei CO₂-abhängigen Lösungen auftreten.

Die zwitterionische Struktur trägt zur ausgeprägten biologischen Verträglichkeit bei. In üblichen Arbeitskonzentrationen von 10–25 mM zeigt HEPES eine geringe Toxizität und reagiert kaum mit Proteinen oder Enzymen – ein klares Plus für empfindliche biochemische Assays, bei denen andere Puffer Metallionen chelatieren oder Nebenreaktionen auslösen könnten.

Diese Unbedenklichkeit kommt nicht von ungefähr: Die chemische Struktur des HEPES-Puffers enthält eine Sulfonsäure- und eine Piperazinfunktion, was hohe Wasserlöslichkeit und geringe Membrandurchlässigkeit bedeutet. So gelangt kaum Puffer ins Zellinnere und bewahrt den natürlichen pH.

Die Praparation ist simpel: pulverförmiges HEPES in Wasser lösen und den pH-Wert mit NaOH bzw. HCl einstellen. Als praktischen Sicherheits-Hinweis gilt jedoch, HEPES vor Licht zu schützen, da langes Stehen eine Hydrogenperoxid-Bildung begünstigt, die wiederum fototoxisch auf Zellen wirken kann.

Kurz gesagt liefert HEPES-Puffer zuverlässige pH-Werte, biologische Neutralität und einfache Handhabung – genau das, was moderne Zellkultur und molekularbiologische Analysen heute verlangen. Wer reproduzierbare und präzise Ergebnisse anstreitet, kommt an HEPES-Puffer kaum vorbei.