HeLa-celler

Nästan all vetenskaplig forskning inom molekylärbiologi, farmakologi, virologi och genetik sedan början av 1900-talet har använt prover av primära levande celler, vilka erhållits från en levande organism och odlats med olika biokemiska metoder, vilket möjliggjorde förlängning av deras livskraft, det vill säga förmågan att dela sig i laboratorieförhållanden. I mitten av förra seklet fick vetenskapen HeLa-celler, som inte är föremål för naturlig biologisk död. Och detta gjorde det möjligt för många studier att bli ett genombrott inom biologi och medicin.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]

Varifrån kom immortaliserade HeLa-celler?

Historien om att få fram dessa "odödliga" celler (odödlighet är cellernas förmåga att dela sig oändligt) är kopplad till en fattig 31-årig patient på Johns Hopkins Hospital i Baltimore – en afroamerikansk kvinna, fembarnsmamma vid namn Henrietta Lacks, som efter att ha lidit av livmoderhalscancer i åtta månader och genomgått intern strålbehandling (brachyterapi) dog på detta sjukhus den 4 oktober 1951.

Strax innan detta, när han försökte behandla Henrietta för livmoderhalscancer, tog den behandlande läkaren, kirurgen Howard Wilbur Jones, ett prov av tumörvävnad för undersökning och skickade det till sjukhuslaboratoriet, som då leddes av George Otto Gey, en kandidatexamen i biologi.

Biologen blev chockad av biopsin: vävnadscellerna dog inte efter den tilldelade tiden till följd av apoptos, utan fortsatte att föröka sig, och i en häpnadsväckande takt. Forskaren lyckades isolera en specifik strukturell cell och föröka den. De resulterande cellerna fortsatte att dela sig och slutade dö i slutet av den mitotiska cykeln.

Och strax efter patientens död (vars namn inte avslöjades, men krypterades som förkortningen HeLa), dök en mystisk kultur av HeLa-celler upp.

När det väl stod klart att HeLa-celler – tillgängliga utanför människokroppen – inte var föremål för programmerad död, började efterfrågan på dem för olika studier och experiment växa. Och ytterligare kommersialisering av den oväntade upptäckten resulterade i att serieproduktion organiserades – för försäljning av HeLa-celler till ett flertal vetenskapliga centra och laboratorier.

Använda HeLa-celler

År 1955 blev HeLa-celler de första mänskliga cellerna som klonades, och HeLa-celler har använts världen över för att studera cellmetabolism i cancer; åldrandeprocessen; orsakerna till AIDS; egenskaperna hos humant papillomvirus och andra virusinfektioner; effekterna av strålning och giftiga ämnen; genkartläggning; testning av nya läkemedel; testning av kosmetika etc.

Enligt vissa uppgifter har kulturen av dessa snabbväxande celler använts i 70–80 tusen medicinska studier världen över. Omkring 20 ton HeLa-cellkultur odlas årligen för vetenskapliga behov, och mer än 10 tusen patent som involverar dessa celler har registrerats.

Populariseringen av det nya laboratoriebiomaterialet underlättades av att HeLa-cellstammen 1954 användes av amerikanska virologer för att testa det poliovaccin de hade utvecklat.

I årtionden har HeLa-cellkultur använts flitigt som en enkel modell för att skapa mer visuella versioner av komplexa biologiska system. Och möjligheten att klona immortaliserade cellinjer möjliggör upprepade analyser på genetiskt identiska celler, en förutsättning för biomedicinsk forskning.

Redan i början – i den medicinska litteraturen från dessa år – noterades dessa cellers "uthållighet". HeLa-celler slutar faktiskt inte dela sig ens i ett vanligt laboratorieprovrör. Och de gör det så aggressivt att om laboratorietekniker visar minsta slarv, kommer HeLa-celler definitivt att penetrera andra kulturer och lugnt ersätta de ursprungliga cellerna, vilket resulterar i att experimentens renhet är mycket tveksam.

Förresten, som ett resultat av en studie, som genomfördes redan 1974, fastställdes HeLa-cellers förmåga att "förorena" andra cellinjer i forskarnas laboratorier experimentellt.

HeLa-celler: vad visade forskningen?

Varför beter sig HeLa-celler på det här sättet? De är inte normala celler från friska kroppsvävnader, utan tumörceller som tagits från ett cancertumörvävnadsprov och innehåller patologiskt förändrade gener för kontinuerlig mitos från mänskliga cancerceller. I huvudsak är de kloner av maligna celler.

År 2013 rapporterade forskare vid European Molecular Biology Laboratory (EMBL) att de hade sekvenserat DNA och RNA i Henrietta Lacks genom med hjälp av spektral karyotypning. Och när de jämförde det med HeLa-celler fann de att det fanns slående skillnader mellan generna i HeLa och normala mänskliga celler...

Ännu tidigare ledde dock cytogenetisk analys av HeLa-celler till upptäckten av ett flertal kromosomavvikelser och partiell genomisk hybridisering av dessa celler. Det visade sig att HeLa-celler har en hypertriploid (3n+) karyotyp och producerar heterogena cellpopulationer. Dessutom fann man att mer än hälften av de klonade HeLa-cellerna hade aneuploidi - en förändring i antalet kromosomer: 49, 69, 73 och till och med 78 istället för 46.

Det visade sig att multipolära, polycentriska eller multipolära mitoser i HeLa-celler är involverade i den genomiska instabiliteten hos HeLa-fenotypen, förlusten av kromosommarkörer och bildandet av ytterligare strukturella avvikelser. Dessa är störningar under celldelning, vilket leder till patologisk segregation av kromosomer. Om den mitotiska bipolariteten hos delningsspindeln är karakteristisk för friska celler, bildas ett större antal poler och delningsspindlar under cancercellens delning, och båda dottercellerna får ett annat antal kromosomer. Och spindelns multipolaritet under cellmitos är ett karakteristiskt drag hos cancerceller.

Genom att studera multipolära mitoser i HeLa-celler kom genetiker fram till slutsatsen att hela processen för cancercellsdelning i princip är felaktig: mitosens profas är kortare, och bildandet av delningsspindeln föregår kromosomdelningen; metafasen börjar också tidigare, och kromosomerna hinner inte ta sin plats, utan fördelar sig slumpmässigt. Antalet centrosomer är minst dubbelt så stort som nödvändigt.

Således är HeLa-cellens karyotyp instabil och kan variera kraftigt mellan laboratorier. Följaktligen är resultaten av många studier - med tanke på förlusten av cellmaterialets genetiska identitet - helt enkelt omöjliga att reproducera under andra förhållanden.

Vetenskapen har gjort stora framsteg i sin förmåga att manipulera biologiska processer på ett kontrollerat sätt. Det senaste exemplet är skapandet av en realistisk modell av en cancertumör med hjälp av HeLa-celler med hjälp av en 3D-skrivare av en grupp forskare från USA och Kina.