HeLa buňky: Revoluce ve výzkumu
Od svého objevu v roce 1951 se Hela buňky, kmen imortalizovaných buněk pojmenovaný po Henriettě Lacksové, hojně využívají ve vědeckém výzkumu. Henriettě Lacksové, 31leté afroamerické matce pěti dětí, byla v témže roce, kdy zemřela, diagnostikována rakovina děložního čípku. George Otto Gey, ředitel laboratoře tkáňových kultur v nemocnici Johnse Hopkinse, shromáždil a namnožil její buňky karcinomu děložního čípku, které se ukázaly jako mimořádně odolné a plodné, což umožnilo jejich široké využití ve vědeckém výzkumu. Na rozdíl od jiných lidských buněk bylo možné buňky HeLa udržovat a množit in vitro, což představovalo významný pokrok v lékařském výzkumu.
Historie a časová osa buněk Hela
Henrietta Lacksová, černošská pěstitelka tabáku, byla v roce 1951 převezena do nemocnice Johnse Hopkinse kvůli abnormálnímu vaginálnímu krvácení a později byla léčena pro rakovinu děložního čípku. Její první léčba spočívala v odebrání vzorků tkáně z děložního čípku bez jejího souhlasu. Z biopsie děložního čípku byly získány vzorky tkáně pro klinické vyšetření Georga Otto Geye, které byly studovány v laboratoři tkáňových kultur. Na rozdíl od dřívějších vzorků si Geyův laboratorní asistent všiml, že se buňky každých 20-24 hodin zdvojnásobují a rychle se zvětšují. Gey rozmnožil buňky rakoviny děložního čípku těsně před smrtí Lacksové a jednalo se o první životaschopnou lidskou buněčnou linii in vitro. Buňky byly pojmenovány podle prvních dvou písmen jména a příjmení Henrietty Lacksové a byly poskytovány všem vědcům, kteří o ně požádali za účelem dalšího výzkumu.
I když byly buňky získány bez souhlasu Lacksové nebo její rodiny, povolení nebylo v té době nutné ani běžně vyžadováno. Neexistovala povinnost upozornit pacienty nebo jejich rodinné příslušníky, že vyřazený nebo chirurgicky získaný materiál je majetkem lékaře nebo zdravotnického zařízení. V sedmdesátých letech 20. století došlo k úniku informací na veřejnost, který odhalil skutečné jméno Henrietty, a rodina Lacksových byla požádána o vzorky DNA, které měly pomoci při identifikaci kontaminovaných buněčných linií. Buněčná linie HeLa pochází ze vzorku tkáně děložního čípku Lacksové a v buněčných kulturách byla namnožená v míře, která značně převyšuje celkový počet buněk v jejím těle. Existuje několik kmenů buněk HeLa, protože v buněčných kulturách nadále mutují, ale všechny jsou potomky nádorových buněk získaných z Lacksové.
Řešení historických křivd
Příběh kolem Henrietty Lacksové a získání HeLa buněk bez jejího vědomí a souhlasu podnítil diskusi o etice lékařských výzkumných postupů a ochraně práv jednotlivce, zejména pokud jde o využívání lidského biologického materiálu ve vědě. Henrietta Lacksová se nevědomky stala zdrojem první nesmrtelné linie lidských buněk, která od té doby vedla k bezpočtu vědeckých objevů. Uvědomění si tohoto etického pochybení bylo katalyzátorem posunu směrem k přísnějším procesům udělování souhlasu a zvýšenému povědomí o morálních povinnostech výzkumných pracovníků. Tento případ nejen zdůraznil potřebu reformy výzkumných postupů, ale také podnítil širší diskusi o spravedlnosti, respektu a uznání v lékařském výzkumu, což vedlo ke snahám o nápravu minulých nespravedlností a zajištění toho, aby přispěvatelé k vědeckému pokroku byli uznáváni a bylo s nimi zacházeno důstojně.
Thermo Fisher a buňky HeLa
Žaloba na biotechnologickou společnost Thermo Fisher Scientific týkající se buněk HeLa měla kořeny v hlubší etické a právní debatě o komercializaci biologických materiálů získaných od jednotlivců bez jejich souhlasu. Případ se soustředil na buněčnou linii HeLa, která vedla k významným vědeckým objevům, včetně vývoje vakcíny proti dětské obrně a pokroku v léčbě rakoviny.
Soudní proces vynesl na světlo několik etických otázek: práva jednotlivců a jejich rodin na jejich biologické materiály, historický kontext odebírání vzorků marginalizovaným osobám bez jejich souhlasu a odpovědnost společností, které z takových materiálů těží. Případ proti společnosti Thermo Fisher Scientific poukázal na potřebu jasnějších zásad a etických norem týkajících se využívání lidských biologických materiálů ve výzkumu a obchodu, které by zajistily respektování práv jednotlivců a spravedlivé sdílení výhod plynoucích z vědeckých objevů.
Podrobnější informace o původu, právních bitvách a řešeních týkajících se buněk HeLa naleznete v našem článku"HeLa Cells:"Historie, soudní spory a urovnání"
Fascinující vlastnosti buněk HeLa
HeLa buňky se snadno kultivují a rychle množí a jsou také známé svou vysokou citlivostí k virovým infekcím. Jsou obzvláště citlivé na lidský adenovirus 3, virus encefalomyokarditidy a poliovirus 1, 2 a 3. Díky této vlastnosti jsou buňky HeLa nezbytné pro studium replikace, sestavování a patogeneze těchto virů a pro vývoj nových antivirových strategií. Kromě toho jsou HeLa buňky široce používány jako transfekční hostitelé pro studium funkce a regulace genů, produkci rekombinantních proteinů a genovou terapii.
- I na rakovinné buňky mají HeLa buňky abnormálně vysokou míru buněčné proliferace a neomezenou délku života, což je činí vynikajícími pro vědecké zkoumání.
- Buňky HeLa mají aktivní formu telomerázy, která umožňuje neomezené dělení buněk a jejich nesmrtelnost.
- Buňky HeLa překonávají Hayflickův limit, což je maximální počet buněčných dělení, který může většina normálních buněk podstoupit, než začnou stárnout.
- Buňky HeLa mají hypertriploidní počet chromozomů (3n+). Průměrný počet chromozomů v buňkách HeLa je 82, ale může se pohybovat od 70 do 164 (namísto standardního diploidního počtu 46). Tyto chromozomy se označují jako "HeLa signature chromozomy". Hela buňky mají komplexní karyotyp charakterizovaný vysokým stupněm aneuploidie a strukturálními přestavbami. HeLa buňky mají malé telocentrické chromozomy u 98 % buněk a 100 % aneuploidií u 1385 zkoumaných buněk. Tyto chromozomální abnormality hrají zásadní roli v rychlém růstu a nesmrtelnosti HeLa buněk a jsou také spojeny s rakovinou děložního čípku.
- V důsledku horizontálního přenosu genů z lidského papilomaviru 18 (HPV18) do lidských buněk děložního čípku mají buňky HeLa jiný genom než buňky Henrietty Lacksové.
Struktura buněk HeLa
HeLa buňky mají v závislosti na kultivačních podmínkách průměr 10-20 µm. Většina savčích buněk má průměr mezi 10 a 100 µm. Jedna z nejmenších lidských buněk, červené krvinky, má průměr asi 8 µm. Na druhou stranu buňky svalových vláken a neurony mohou být extrémně dlouhé.
Pokrok ve výzkumu díky HeLa
HeLa buňky stály u zrodu významných výzkumných úspěchů, včetně objevů v genetice, virologii a vývoji léčebných postupů. Buněčná linie HeLa byla použita ke studiu rakoviny, AIDS, účinků záření a toxinů, mapování genů a k bezpočtu dalších vědeckých pokusů. O výzkumu HeLa bylo publikováno více než 60 000 vědeckých článků, jejichž počet se měsíčně zvyšuje o více než 300.
Vymýcení dětské obrny
V 50. letech 20. století Jonas Salk testoval první vakcínu proti dětské obrně s použitím HeLa buněk. Tyto buňky byly náchylné k infekci poliomyelitidou, což vedlo k odumření infikovaných buněk. V důsledku toho byly HeLa buňky velmi žádané pro testování vakcíny proti obrně, protože výsledky byly snadno dostupné.
Virologie
Buňky HeLa byly infikovány mnoha viry, včetně virů HIV, Zika, herpes a příušnice, za účelem testování a vývoje nových vakcín a léků. Dr. Richard Axel objevil, že buňky HeLa lze infikovat virem HIV přidáním proteinu CD4, aby bylo možné virus studovat. HeLa buňky byly použity k výzkumu exprese papilomaviru E2 a apoptózy a hrály také zásadní roli při vývoji vakcín proti lidskému papilomaviru (HPV).
Rakovina
HeLa buňky byly použity pro četné studie rakoviny, včetně pohlavních steroidních hormonů, jako je estradiol, estrogen a estrogenové receptory, a sloučenin podobných estrogenům, jako je kvercetin a jeho preventivní vlastnosti proti rakovině. HeLa buňky byly také použity ke studiu účinků flavonoidů a antioxidantů s estradiolem na proliferaci rakovinných buněk.
Další pozoruhodné aplikace zahrnují
- Léčba rakoviny: Hela buňky měly zásadní význam při vytváření léků proti rakovině, jako je například kamptothecin, lék schválený Úřadem pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) pro léčbu rakoviny vaječníků, plic a děložního čípku.
- Thalidomid a mnohočetný myelom: HeLa buňky byly použity k ilustraci toho, jak lék thalidomid, který se původně používal na ranní nevolnosti, může způsobovat vrozená postižení, což vedlo k jeho použití při léčbě mnohočetného myelomu.
- Pochopení HIV a AIDS: Odhalení, že virus HIV má potíže s infikováním buněk HeLa, zlepšilo chápání tohoto viru vědci a otevřelo cestu k vývoji léků proti HIV a AIDS.
- Buněčné stárnutí: HeLa buňky umožnily vědcům zkoumat biologii stárnutí a nemoci způsobující předčasné stárnutí, což vedlo k objevu regenerovatelných chromozomů, které zabraňují degeneraci a poškození buněk v průběhu času.
- Poruchy krve: HeLa buňky byly použity k vyhodnocení účinnosti hydroxyurey proti různým krevním malignitám a anémii; hydroxyurea se nyní používá k léčbě srpkovité anémie a malignit bílých krvinek.
- Rentgenové záření: V roce 1956 vědci použili buňky HeLa ke zkoumání účinků rentgenového záření na živé organismy, čímž lépe pochopili nebezpečí vysokých a opakovaných dávek záření z lékařských rentgenů.
- Inovativní objevy: HeLa buňky sehrály klíčovou roli v několika významných objevech v biologii, které vedly k pokroku v oblasti léků proti rakovině, poznatkům o HIV/AIDS a dalším.
- Buněčné stárnutí: Vědci využívající buňky HeLa získali Nobelovu cenu za své poznatky o stárnutí buněk a prevenci jejich degenerace a poškození v průběhu času.
Prozkoumejte buňky HeLa a jejich deriváty
Co jsou potenciálně imortalizované buňky?
Imortalizované buněčné linie jsou buňky, které byly upraveny tak, aby se dělily nepřetržitě a mohly být pěstovány po dlouhou dobu. Pocházejí ze zdrojů s chromozomálními abnormalitami nebo mutacemi a mohou být odvozeny z nádorů. Pro další růst vědci rozdělí část buněk do nových nádob buněčných kultur a namnoží je pro další experimenty.
HeLa buňky, stejně jako jiné buněčné linie, jsou považovány za "nesmrtelné", protože se mohou v nádobkách s buněčnou kulturou dělit donekonečna, pokud jsou zachovány primární podmínky pro přežití buněk (tj. jsou podporovány a je o ně pečováno ve vhodném prostředí). Existuje mnoho kmenů buněk HeLa, protože v buněčných kulturách neustále mutují, ale všechny pocházejí ze stejných nádorových buněk Lacksové. Počet HeLa buněk namnožených v buněčných kulturách daleko převyšuje počet buněk nalezených v těle Henrietty Lacksové.
Výroba HeLa buněk, kontrola kvality a doba skladování
HeLa buňky lze kultivovat a odebírat pomocí standardních metod kultivace buněk při konfluenci přibližně 80-90 %. S buňkami lze poměrně snadno manipulovat a lze je kultivovat v různých podmínkách.
Jak rozmrazit zmrazené HeLa buňky
- Kryovialku vložte do antibakteriální vodní lázně o teplotě 37 °C s čistou vodou.
- Rychle rozmrazujte po dobu 40 až 60 sekund. Injekční lahvičku vyjměte a přeneste do sterilní průtokové skříně.
- Otřete lahvičku 70% alkoholem a přeneste buněčnou suspenzi do 15 ml centrifugační zkumavky obsahující 8 ml kultivačního média.
- Obnovte buňky, odstřeďujte při 300 x g po dobu tří minut a supernatant zlikvidujte (případně nařeďte médiem a odstraňte zmrazovací médium o 24 hodin později, pokud neodstřeďujete ihned).
- Přeneste buňky suspendované v 10 ml nového kultivačního média do dvou baněk T25.
Subkultivace buněk HeLa
- Odstraňte staré médium z baňky pro kultivaci buněk.
- Adherované buňky opláchněte pomocí PBS bez vápníku a hořčíku. Použijte 3-5 ml PBS pro baňky T25 a 5-10 ml pro baňky T75.
- Do baňky s buněčnou kulturou přidejte akutázu. Použijte 1-2 ml na baňku T25 a 2,5 ml na baňku T75. Zajistěte, aby byl buněčný list zcela pokryt.
- Inkubujte baňku s buněčnou kulturou při pokojové teplotě po dobu 8-10 minut.
- Buňky opatrně resuspendujte s médiem. Přidejte 10 ml média a jemně pipetujte nahoru a dolů, abyste rozbili buněčné agregáty.
- Suspenzi buněk odstřeďujte 3 minuty při 300 x g.
- Buňky znovu rozpusťte v čerstvém médiu.
- Resuspendované buňky rozdělte do nových baněk s čerstvým médiem.
- Buňky skladujte v tekutém dusíku pro dlouhodobé skladování.
Dodržením těchto kroků můžete buňky subkultivovat a udržovat zdravou buněčnou kulturu pro budoucí experimenty.