Клетки HeLa: Революция в изследванията
От откриването си през 1951 г. клетките Хела, щам от безсмъртни клетки, кръстени на Хенриета Лакс, се използват широко в научните изследвания. Хенриета Лакс, 31-годишна афроамериканка, майка на пет деца, е диагностицирана с рак на шийката на матката в същата година, в която умира. Джордж Ото Гей, директор на Лабораторията за тъканни култури в болница "Джонс Хопкинс", събира и размножава нейните клетки от цервикален карцином, които се оказват изключително устойчиви и плодовити, което позволява широкото им приложение в научните изследвания. За разлика от други човешки клетки, клетките HeLa могат да се поддържат и размножават in vitro, което представлява значителен напредък в медицинските изследвания.
История и хронология на клетките Хела
Хенриета Лакс, чернокожа тютюнопроизводителка, е приета в болница "Джонс Хопкинс" през 1951 г. заради необичайно вагинално кървене и по-късно е лекувана от рак на шийката на матката. Първата ѝ терапия се състои в вземане на тъканни проби от шийката на матката без нейното съгласие. При биопсията на шийката на матката са получени тъканни проби за клиничното изследване на Джордж Ото Гей, които са изследвани в лабораторията за тъканни култури. За разлика от предишните проби, лаборантът на Геи забелязал, че клетките се удвояват на всеки 20-24 часа и се разширяват бързо. Геи размножава клетките на рака на маточната шийка точно преди смъртта на Лакс и те са първата жизнеспособна човешка клетъчна линия in vitro. Клетките са наречени на първите две букви от името и фамилията на Хенриета Лакс и са давани на всеки учен, който ги поиска, за да подпомогне изследванията.
Въпреки че клетките са били събрани без разрешението на Лакс или на семейството ѝ, по онова време разрешението не е било нито необходимо, нито често искано. Не е имало задължение да се предупреждават пациентите или членовете на техните семейства, че изхвърлените или хирургически получени материали са собственост на лекаря или на медицинското заведение. През 70-те години на миналия век в публичното пространство изтича информация за истинското име на Хенриета, а от семейството на Лакс са поискани ДНК проби, които да помогнат за идентифицирането на заразени клетъчни линии. Клетъчната линия HeLa произхожда от проба от тъкан на шийката на матката на Лакс и е била размножена в клетъчна култура до степен, която значително надхвърля общия брой клетки в тялото ѝ. Съществуват няколко щама на клетките HeLa, които продължават да мутират в клетъчните култури, но всички те са потомци на туморните клетки, извлечени от Лакс.
Преодоляване на историческите грешки
Историята около Хенриета Лакс и извличането на клетките HeLa без нейното знание или съгласие разпали дискусия за етиката на медицинските изследователски практики и защитата на индивидуалните права, особено по отношение на използването на човешки биологични материали в науката. Хенриета Лакс несъзнателно става източник на първата безсмъртна човешка клетъчна линия, която оттогава е довела до безброй научни открития. Осъзнаването на тази етична грешка катализира преминаването към по-строги процедури за даване на съгласие и повишено осъзнаване на моралните задължения на изследователите. Този случай не само подчерта необходимостта от реформа в изследователските практики, но и предизвика по-широк разговор за справедливостта, уважението и признанието в медицинските изследвания, което доведе до усилия за поправяне на несправедливостите от миналото и гарантиране, че приносът за научния напредък се признава и третира с достойнство.
Thermo Fisher и клетките HeLa
Съдебното дело срещу биотехнологичната компания Thermo Fisher Scientific, свързано с клетките HeLa, се корени в по-дълбок етичен и правен дебат относно комерсиализацията на биологични материали, получени от физически лица без тяхното съгласие. Делото е съсредоточено върху клетъчната линия HeLa, която е довела до значителни научни пробиви, включително разработването на ваксината срещу полиомиелит и напредък в лечението на рак.
Съдебното дело извади наяве няколко етични съображения: правата на лицата и техните семейства върху биологичните им материали, историческия контекст на вземането на проби от маргинализирани лица без съгласие и отговорностите на компаниите, които се възползват от такива материали. Делото срещу Thermo Fisher Scientific подчерта необходимостта от по-ясни политики и етични стандарти по отношение на използването на човешки биологични материали в научните изследвания и търговията, които да гарантират зачитане на правата на лицата и справедливо споделяне на ползите, произтичащи от научните открития.
За подробно проучване на произхода, правните битки и решенията, свързани с клетките HeLa, вижте нашата статия"Клетките HeLa:"История, съдебен процес и споразумения"
Очарователни характеристики на клетките HeLa
Клетките HeLa са лесни за култивиране и се размножават бързо, а също така са известни с високата си чувствителност към вирусни инфекции. Те са особено чувствителни към човешкия аденовирус 3, вируса на енцефаломиокардит и полиовирус 1, 2 и 3. Тази характеристика прави HeLa клетките важни за изучаване на репликацията, сглобяването и патогенезата на тези вируси и за разработване на нови антивирусни стратегии. Освен това клетките HeLa се използват широко като носители на трансфекция за изучаване на генната функция и регулация, производството на рекомбинантни протеини и генната терапия.
- Дори за раковите клетки, клетките HeLa имат необичайно висока степен на клетъчна пролиферация и неограничена продължителност на живота, което ги прави отлични за научни изследвания.
- Клетките HeLa имат активна форма на теломераза, която позволява неограничено клетъчно делене и безсмъртие.
- Клетките HeLa преодоляват границата на Хейфлик, максималния брой клетъчни деления, които повечето нормални клетки могат да претърпят, преди да станат стареещи.
- Клетките HeLa имат хипертриплоиден хромозомен брой (3n+). Средният брой хромозоми в клетките HeLa е 82, но може да варира от 70 до 164 (вместо стандартния диплоиден брой от 46). Тези хромозоми се наричат "хромозоми на HeLa". Клетките Hela имат сложен кариотип, който се характеризира с висока степен на анеуплоидия и структурни пренареждания. Клетките HeLa имат малка телоцентрична хромозома в 98 % от клетките и 100 % анеуплоидия в 1385 изследвани клетки. Тези хромозомни аномалии играят съществена роля за бързия темп на растеж и безсмъртието на HeLa клетките и също така са свързани с рака на маточната шийка.
- Поради хоризонтален трансфер на гени от човешки папиломавирус 18 (HPV18) към човешки цервикални клетки, клетките HeLa имат различен геном от този на Henrietta Lacks.
Структура на клетките HeLa
Клетките HeLa имат диаметър 10-20 µm, в зависимост от условията на култивиране. Повечето клетки на бозайници имат диаметър между 10 и 100 µm. Една от най-малките човешки клетки, червените кръвни клетки, има диаметър от около 8 µm. От друга страна, клетките на мускулните влакна и невроните могат да бъдат изключително дълги.
Напредък в изследванията благодарение на HeLa
Клетките HeLa са в основата на значителен напредък в научните изследвания, включително открития в областта на генетиката, вирусологията и терапевтичните разработки. Клетъчната линия HeLa е използвана за изучаване на рака, СПИН, въздействието на радиацията и токсините, за картографиране на гени и за безброй други научни изследвания. Публикувани са над 60 000 научни статии, посветени на изследванията на HeLa, като броят им се увеличава с повече от 300 месечно.
Изкореняване на полиомиелита
През 50-те години на миналия век Джонас Салк тества първата ваксина срещу полиомиелит, като използва клетки HeLa. Тези клетки са чувствителни към инфекция с полиомиелит, което води до смърт на заразените клетки. В резултат на това HeLa клетките са били много търсени за тестване на ваксини срещу полиомиелит, тъй като резултатите са били лесно достъпни.
Вирусология
Клетките HeLa са били заразени с множество вируси, включително ХИВ, Зика, херпес и паротит, с цел тестване и разработване на нови ваксини и лекарства. Д-р Ричард Аксел открива, че клетките HeLa могат да бъдат заразени с ХИВ чрез добавяне на протеина CD4, за да може вирусът да бъде изследван. Клетките HeLa са използвани за изследване на експресията на папиломавирус Е2 и апоптозата, а също така са изиграли съществена роля в разработването на ваксини срещу човешки папиломавирус (HPV).
Рак
Клетките HeLa са използвани за множество изследвания на рака, включително на половите стероидни хормони като естрадиол, естроген и естрогенни рецептори и естрогеноподобни съединения като кверцетин и неговите противоракови свойства. HeLa клетките са използвани и за изследване на ефектите на флавоноиди и антиоксиданти с естрадиол върху пролиферацията на раковите клетки.
Други забележителни приложения включват
- Лечение на ракови заболявания: Клетките Hela са от решаващо значение за създаването на лекарства за лечение на рак, като например камптотецин, одобрен от FDA фармацевтичен продукт за лечение на рак на яйчниците, белия дроб и шийката на матката.
- Талидомид и множествен миелом: Клетките HeLa са използвани, за да се покаже как лекарството талидомид, което първоначално е използвано за сутрешно гадене, може да причини вродени увреждания, което води до използването му при лечението на множествен миелом.
- Разбиране на ХИВ и СПИН: Откритието, че ХИВ трудно заразява клетките на HeLa, подобри разбирането на изследователите за вируса, което отвори пътя за разработване на лекарства за ХИВ и СПИН.
- Клетъчно стареене: Клетките HeLa позволиха на изследователите да проучат биологията на стареенето и болестите, които причиняват преждевременно стареене, което доведе до откриването на регенериращи се хромозоми, които предотвратяват клетъчната дегенерация и увреждане с течение на времето.
- Кръвни заболявания: HeLa клетките са използвани за оценка на ефективността на хидроксиурея срещу различни злокачествени заболявания на кръвта и анемия; хидроксиурея сега се използва за лечение на сърповидноклетъчна болест и злокачествени заболявания на белите кръвни клетки.
- Рентгенови лъчи: През 1956 г. учените използват клетките HeLa за изследване на въздействието на рентгеновото лъчение върху живи организми, за да разберат по-добре опасността от високи и повтарящи се дози радиация от медицински рентгенови лъчи.
- Иновативни открития: Клетките HeLa са изиграли решаваща роля в няколко значими открития в биологията, довели до напредък в областта на лекарствата срещу рак, познанията за ХИВ/СПИН и др.
- Клетъчно стареене: Изследователите, използващи клетки HeLa, са удостоени с Нобелова награда за откритията си относно клетъчното стареене и предотвратяването на клетъчната дегенерация и увреждане с течение на времето.
Изследване на клетките HeLa и техните производни
Какви са потенциално безсмъртните клетки?
Имортализираните клетъчни линии са клетки, които са модифицирани така, че да се делят непрекъснато и да могат да се отглеждат за дълъг период от време. Те произхождат от източници с хромозомни аномалии или мутации и могат да бъдат получени от тумори. За да продължат растежа, учените разделят част от клетките в нови съдове за клетъчни култури и ги размножават за по-нататъшни експерименти.
Клетките HeLa, както и други клетъчни линии, се считат за "безсмъртни", тъй като могат да се делят неограничено в колби за клетъчни култури, стига да се поддържат основните условия за оцеляване на клетките (т.е. да се поддържат и да се полагат грижи за тях в подходяща среда). Съществуват многобройни щамове на клетките HeLa, тъй като те продължават да мутират в клетъчните култури, но всички те произлизат от едни и същи туморни клетки на Лакс. Броят на клетките HeLa, размножени в клетъчни култури, далеч надхвърля този, открит в тялото на Хенриета Лакс.
Производство, контрол на качеството и срок на годност на клетките HeLa
Клетките HeLa могат да се култивират и събират чрез стандартни методи за клетъчни култури при около 80-90 % срастване. Клетките са сравнително лесни за манипулиране и могат да се култивират в различни условия.
Как да размразявате замразени HeLa клетки
- Поставете криосъдържателя в антибактериална водна баня с температура 37 °C и чиста вода.
- Бързо размразете за 40 до 60 секунди. Флаконът трябва да се извади и да се прехвърли в стерилен поточен шкаф.
- Избършете флакона със 70% алкохол и прехвърлете клетъчната суспензия в 15 ml центрофужна епруветка, съдържаща 8 ml хранителна среда.
- Възстановете клетките, центрофугирайте при 300 x g в продължение на три минути и изхвърлете супернатантата (алтернативно, разредете с хранителна среда и отстранете замразяващата среда 24 часа по-късно, ако не центрофугирате веднага).
- Прехвърлете клетките, суспендирани в 10 ml нова хранителна среда, в две колби за клетъчни култури Т25.
Субкултивиране на HeLa клетки
- Отстранете старата среда от колбата за клетъчна култура.
- Изплакнете адхезираните клетки, като използвате PBS без калций и магнезий. Използвайте 3-5 ml PBS за колби за клетъчни култури T25 и 5-10 ml за колби за клетъчни култури T75.
- Добавете Accutase в колбата за клетъчни култури. Използвайте 1-2 ml за колба за клетъчни култури T25 и 2,5 ml за колба за клетъчни култури T75. Уверете се, че клетъчният лист е напълно покрит.
- Инкубирайте колбата за клетъчни култури при стайна температура в продължение на 8-10 минути.
- Внимателно ресуспендирайте клетките със средата. Добавете 10 ml среда и внимателно пипетирайте нагоре-надолу, за да разкъсате клетъчните агрегати.
- Центрофугирайте клетъчната суспензия в продължение на 3 минути при 300 x g.
- Ресуспендирайте клетките в прясна среда.
- Разпределете ресуспендираните клетки в нови колби за клетъчни култури, които съдържат прясна среда.
- Съхранявайте клетките в течен азот за дългосрочно съхранение.
Като следвате тези стъпки, можете да субкултивирате клетки и да поддържате здрава клетъчна култура за бъдещи експерименти.