Veröffentlicht: 2023 | Zuletzt überprüft: Mai 2026
HeLa-Zellen: Eine Revolution in der Forschung
Seit ihrer Entdeckung im Jahr 1951 werden HeLa-Zellen, ein nach Henrietta Lacks benannter Stamm unsterblicher Zellen, in der wissenschaftlichen Forschung weitläufig eingesetzt. Bei Henrietta Lacks, einer 31-jährigen afroamerikanischen Mutter von fünf Kindern, wurde im selben Jahr, in dem sie starb, Gebärmutterhalskrebs diagnostiziert. George Otto Gey, der Leiter des Gewebekulturlabors am Johns Hopkins Hospital, entnahm und vermehrte ihre Gebärmutterhalskrebszellen, die sich als außergewöhnlich widerstandsfähig und vermehrungsfähig erwiesen, was ihre breite Anwendung in der wissenschaftlichen Forschung ermöglichte. Im Gegensatz zu anderen menschlichen Zellen konnten HeLa-Zellen in vitro gehalten und vermehrt werden, was einen erheblichen Fortschritt in der medizinischen Forschung darstellte.
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Die Geschichte und Chronologie der HeLa-Zellen
Henrietta Lacks, eine schwarze Tabakbäuerin, wurde 1951 wegen abnormaler vaginaler Blutungen ins Johns Hopkins Hospital eingeliefert und später wegen Gebärmutterhalskrebs behandelt. Ihre erste Therapie bestand darin, dass ihr ohne ihre Zustimmung Gewebeproben aus dem Gebärmutterhals entnommen wurden. Die Gebärmutterhalsbiopsie lieferte Gewebeproben für die klinische Untersuchung durch George Otto Gey, die im Gewebekulturlabor untersucht wurden. Im Gegensatz zu früheren Proben stellte Geys Laborassistent fest, dass sich die Zellen alle 20–24 Stunden verdoppelten und sich rasch vermehrten. Gey vermehrte die Gebärmutterhalskrebszellen kurz vor Lacks’ Tod, und sie bildeten die erste lebensfähige menschliche In-vitro-Zelllinie. Die Zellen wurden nach den ersten beiden Buchstaben von Henrietta Lacks’ Vor- und Nachnamen benannt und an jeden Wissenschaftler weitergegeben, der sie zur Förderung der Forschung anforderte.
Obwohl die Zellen ohne die Zustimmung von Lacks oder ihrer Familie entnommen wurden, war eine solche Zustimmung zu jener Zeit weder erforderlich noch üblich. Es bestand keine Pflicht, Patienten oder deren Familienangehörige darauf hinzuweisen, dass entsorgtes oder chirurgisch gewonnenes Material Eigentum des Arztes oder der medizinischen Einrichtung war. In den 1970er Jahren wurde durch eine öffentliche Indiskretion Henriettas richtiger Name bekannt, und die Familie Lacks wurde um DNA-Proben gebeten, um bei der Identifizierung kontaminierter Zelllinien zu helfen. Die HeLa-Zelllinie stammt aus einer Probe von Lacks’ Gebärmutterhalsgewebe und wurde in Zellkulturen so stark vermehrt, dass die Gesamtzahl der Zellen die Gesamtzahl der Zellen in ihrem Körper bei weitem übersteigt. Es gibt mehrere Stämme von HeLa-Zellen, da diese in Zellkulturen weiterhin mutieren, aber alle sind Nachkommen der aus Lacks entnommenen Tumorzellen.
Aufarbeitung historischer Ungerechtigkeiten
Die Geschichte um Henrietta Lacks und die Gewinnung von HeLa-Zellen ohne ihr Wissen oder ihre Zustimmung hat eine Debatte über die Ethik medizinischer Forschungspraktiken und den Schutz individueller Rechte ausgelöst, insbesondere im Hinblick auf die Verwendung von menschlichem biologischem Material in der Wissenschaft. Henrietta Lacks wurde unwissentlich zur Quelle der ersten unsterblichen menschlichen Zelllinie, die seitdem zu unzähligen wissenschaftlichen Durchbrüchen geführt hat. Die Erkenntnis dieses ethischen Fehlverhaltens hat einen Wandel hin zu strengeren Einwilligungsverfahren und ein gesteigertes Bewusstsein für die moralischen Verpflichtungen von Forschern bewirkt. Dieser Fall hat nicht nur die Notwendigkeit von Reformen in der Forschungspraxis deutlich gemacht, sondern auch eine breitere Debatte über Gerechtigkeit, Respekt und Anerkennung in der medizinischen Forschung ausgelöst, was zu Bemühungen geführt hat, vergangene Ungerechtigkeiten zu korrigieren und sicherzustellen, dass diejenigen, die zum wissenschaftlichen Fortschritt beitragen, gewürdigt und mit Würde behandelt werden.
Thermo Fisher und die HeLa-Zellen
Die Klage gegen das Biotech-Unternehmen Thermo Fisher Scientific im Zusammenhang mit HeLa-Zellen hatte ihren Ursprung in einer tieferen ethischen und rechtlichen Debatte über die Kommerzialisierung von biologischem Material, das von Personen ohne deren Einwilligung gewonnen wurde. Im Mittelpunkt des Falles stand die HeLa-Zelllinie, die zu bedeutenden wissenschaftlichen Durchbrüchen führte, darunter die Entwicklung des Polio-Impfstoffs und Fortschritte in der Krebsbehandlung.
Die Klage brachte mehrere ethische Überlegungen ans Licht: die Rechte von Personen und ihren Familien über ihr biologisches Material, den historischen Kontext der Entnahme von Proben von marginalisierten Personen ohne deren Einwilligung sowie die Verantwortung von Unternehmen, die von solchen Materialien profitieren. Der Fall gegen Thermo Fisher Scientific unterstrich die Notwendigkeit klarerer Richtlinien und ethischer Standards hinsichtlich der Verwendung von menschlichem biologischem Material in Forschung und Wirtschaft, um die Achtung der Rechte des Einzelnen und eine gerechte Aufteilung der Vorteile aus wissenschaftlichen Entdeckungen zu gewährleisten.
Eine ausführliche Darstellung der Ursprünge, Rechtsstreitigkeiten und Einigungen im Zusammenhang mit den HeLa-Zellen finden Sie in unserem Artikel „HeLa-Zellen: Geschichte, Rechtsstreit und Einigungen “.
Faszinierende Eigenschaften von HeLa-Zellen
HeLa-Zellen lassen sich leicht kultivieren, vermehren sich schnell und sind zudem für ihre hohe Anfälligkeit gegenüber Virusinfektionen bekannt. Sie sind besonders anfällig für das humane Adenovirus 3, das Enzephalomyokarditis-Virus sowie die Polioviren 1, 2 und 3. Diese Eigenschaft macht HeLa-Zellen unverzichtbar für die Untersuchung der Replikation, des Aufbaus und der Pathogenese dieser Viren sowie für die Entwicklung neuer antiviraler Strategien. Darüber hinaus werden HeLa-Zellen häufig als Transfektionswirte für die Untersuchung von Genfunktion und -regulation, die Produktion rekombinanter Proteine und die Gentherapie eingesetzt.
- Selbst im Vergleich zu Krebszellen weisen HeLa-Zellen eine ungewöhnlich hohe Zellproliferationsrate und eine unbegrenzte Lebensdauer auf, was sie hervorragend für wissenschaftliche Untersuchungen macht.
- HeLa-Zellen verfügen über eine aktive Telomeraseform, die eine unbegrenzte Zellteilung und Unsterblichkeit ermöglicht.
- HeLa-Zellen überwinden die Hayflick-Grenze, die maximale Anzahl an Zellteilungen, die die meisten normalen Zellen durchlaufen können, bevor sie seneszent werden.
- HeLa-Zellen weisen eine hypertriploide Chromosomenzahl (3n+) auf. Die durchschnittliche Chromosomenzahl in HeLa-Zellen beträgt 82, kann jedoch zwischen 70 und 164 liegen (anstelle der standardmäßigen diploiden Zahl von 46). Diese Chromosomen werden als „HeLa-Signatur-Chromosomen“ bezeichnet. HeLa-Zellen weisen einen komplexen Karyotyp auf, der durch einen hohen Grad an Aneuploidie und strukturellen Umlagerungen gekennzeichnet ist. HeLa-Zellen weisen in 98 % der Zellen ein kleines telozentrisches Chromosom und in 1385 untersuchten Zellen eine 100-prozentige Aneuploidie auf. Diese chromosomalen Anomalien spielen eine wesentliche Rolle für das schnelle Wachstum und die Unsterblichkeit von HeLa-Zellen und stehen zudem im Zusammenhang mit Gebärmutterhalskrebs.
- Aufgrund des horizontalen Gentransfers vom humanen Papillomavirus 18 (HPV18) auf menschliche Gebärmutterhalszellen weisen HeLa-Zellen ein anderes Genom auf als Henrietta Lacks.
Struktur von HeLa-Zellen
HeLa-Zellen haben je nach Kulturbedingungen einen Durchmesser von 10–20 µm. Die meisten Säugetierzellen haben einen Durchmesser zwischen 10 und 100 µm. Eine der kleinsten menschlichen Zellen, die roten Blutkörperchen, haben einen Durchmesser von etwa 8 µm. Muskelfasern und Nervenzellen hingegen können extrem lang sein.
Forschungsfortschritte dank HeLa
HeLa-Zellen standen im Mittelpunkt bedeutender Forschungsfortschritte, darunter Entdeckungen in der Genetik, Virologie und der Entwicklung von Therapien. Die HeLa-Zelllinie wurde zur Erforschung von Krebs, AIDS, den Auswirkungen von Strahlung und Toxinen, der Genkartierung und unzähligen anderen wissenschaftlichen Vorhaben genutzt. Über 60.000 wissenschaftliche Artikel wurden zur HeLa-Forschung veröffentlicht, und monatlich kommen mehr als 300 hinzu.
Ausrottung der Kinderlähmung
In den 1950er Jahren testete Jonas Salk den ersten Polio-Impfstoff unter Verwendung von HeLa-Zellen. Diese Zellen waren anfällig für eine Poliomyelitis-Infektion, was zum Absterben der infizierten Zellen führte. Daher waren HeLa-Zellen für Polio-Impfstofftests sehr gefragt, da die Ergebnisse schnell verfügbar waren.
Virologie
HeLa-Zellen wurden mit zahlreichen Viren infiziert, darunter HIV, Zika, Herpes und Mumps, um neue Impfstoffe und Medikamente zu testen und zu entwickeln. Dr. Richard Axel entdeckte, dass HeLa-Zellen durch Zugabe des CD4-Proteins mit HIV infiziert werden können, um das Virus zu untersuchen. HeLa-Zellen wurden zur Erforschung der E2-Expression des Papillomavirus und der Apoptose verwendet und spielten zudem eine wesentliche Rolle bei der Entwicklung von Impfstoffen gegen das humane Papillomavirus (HPV).
Krebs
HeLa-Zellen wurden für zahlreiche Krebsstudien verwendet, darunter zu Sexualsteroidhormonen wie Östradiol, Östrogen und Östrogenrezeptoren sowie zu östrogenähnlichen Verbindungen wie Quercetin und dessen krebsvorbeugenden Eigenschaften. HeLa-Zellen wurden auch eingesetzt, um die Auswirkungen von Flavonoiden und Antioxidantien in Verbindung mit Östradiol auf die Proliferation von Krebszellen zu untersuchen.
Weitere bemerkenswerte Anwendungen sind
- Krebsbehandlungen: HeLa-Zellen waren entscheidend für die Entwicklung von Krebsmedikamenten wie Camptothecin, einem von der FDA zugelassenen Arzneimittel zur Behandlung von Eierstock-, Lungen- und Gebärmutterhalskrebs.
- Thalidomid und Multiples Myelom: HeLa-Zellen wurden verwendet, um zu veranschaulichen, wie das Medikament Thalidomid, das ursprünglich gegen Schwangerschaftsübelkeit eingesetzt wurde, angeborene Behinderungen verursachen kann, was zu seiner Verwendung bei der Behandlung des Multiplen Myeloms führte.
- Verständnis von HIV und AIDS: Die Erkenntnis, dass HIV Schwierigkeiten hatte, HeLa-Zellen zu infizieren, verbesserte das Verständnis der Forscher für das Virus und ebnete den Weg für die Entwicklung von HIV- und AIDS-Medikamenten.
- Zelluläre Alterung: HeLa-Zellen haben es Forschern ermöglicht, die Biologie des Alterns und die Krankheiten zu erforschen, die vorzeitige Alterung verursachen, was zur Entdeckung regenerierbarer Chromosomen führte, die Zelldegeneration und -schäden im Laufe der Zeit verhindern.
- Blutkrankheiten: HeLa-Zellen wurden eingesetzt, um die Wirksamkeit von Hydroxyharnstoff bei verschiedenen bösartigen Blutkrankheiten und Anämie zu bewerten; Hydroxyharnstoff wird heute zur Behandlung von Sichelzellenanämie und bösartigen Erkrankungen der weißen Blutkörperchen verwendet.
- Röntgenstrahlen: Im Jahr 1956 nutzten Wissenschaftler HeLa-Zellen, um die Auswirkungen von Röntgenstrahlung auf lebende Organismen zu untersuchen, und gewannen so ein besseres Verständnis für die Gefahren hoher und wiederholter Strahlendosen durch medizinische Röntgenstrahlen.
- Bahnbrechende Entdeckungen: HeLa-Zellen haben bei mehreren bedeutenden Entdeckungen in der Biologie eine entscheidende Rolle gespielt und zu Fortschritten in der Krebsmedizin, im Wissen über HIV/AIDS und vielem mehr geführt.
- Zelluläre Alterung: Forscher, die mit HeLa-Zellen arbeiteten, wurden für ihre Erkenntnisse über die Zellalterung und die Verhinderung von Zelldegeneration und -schäden im Laufe der Zeit mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.
Entdecken Sie HeLa-Zellen und ihre Derivate
Was sind potenziell immortalisierte Zellen?
Immortalisierte Zelllinien sind Zellen, die so verändert wurden, dass sie sich kontinuierlich teilen und über lange Zeiträume hinweg gezüchtet werden können. Sie stammen aus Quellen mit Chromosomenanomalien oder Mutationen und können aus Tumoren gewonnen werden. Um das Wachstum fortzusetzen, teilen Wissenschaftler einen Teil der Zellen in neue Zellkulturgefäße auf und vermehren sie für weitere Experimente.
HeLa-Zellen gelten, wie andere Zelllinien auch, als „unsterblich“, da sie sich in Zellkulturflaschen unbegrenzt teilen können, solange die Grundvoraussetzungen für das Überleben der Zellen gegeben sind (d. h. sie werden in einer geeigneten Umgebung gepflegt und versorgt). Es gibt zahlreiche Stämme von HeLa-Zellen, da sie in Zellkulturen ständig mutieren, aber sie stammen alle von denselben Lacks-Tumorzellen ab. Die Anzahl der in Zellkulturen vermehrten HeLa-Zellen übersteigt bei weitem die Anzahl der Zellen, die im Körper von Henrietta Lacks gefunden wurden.
Herstellung, Qualitätskontrolle und Haltbarkeit von HeLa-Zellen
HeLa-Zellen können unter Verwendung von Standard-Zellkulturmethoden bei einer Konfluenz von etwa 80–90 % kultiviert und geerntet werden. Die Zellen lassen sich relativ einfach handhaben und können unter verschiedenen Bedingungen kultiviert werden.
So tauen Sie gefrorene HeLa-Zellen auf
- Legen Sie das Kryoröhrchen in ein antibakterielles 37 °C warmes Wasserbad mit sauberem Wasser.
- Schnell auftauen lassen (40 bis 60 Sekunden). Das Röhrchen sollte entnommen und in eine sterile Laminar-Flow-Kammer überführt werden.
- Wischen Sie das Röhrchen mit 70 %igem Alkohol ab und überführen Sie die Zellsuspension in ein 15-ml-Zentrifugenröhrchen, das 8 ml Kulturmedium enthält.
- Rekonstituieren Sie die Zellen, zentrifugieren Sie sie bei 300 x g für drei Minuten und verwerfen Sie den Überstand (alternativ verdünnen Sie mit Medium und entfernen Sie das Gefriermedium 24 Stunden später, falls nicht sofort zentrifugiert wird).
- Übertragen Sie die in 10 ml neuem Kulturmedium suspendierten Zellen in zwei T25-Zellkulturflaschen.
Subkultivierung von HeLa-Zellen
- Entfernen Sie das alte Medium aus der Zellkulturflasche.
- Spülen Sie die anhaftenden Zellen mit PBS ohne Calcium und Magnesium ab. Verwenden Sie 3–5 ml PBS für T25- und 5–10 ml für T75-Zellkulturflaschen.
- Geben Sie Accutase in die Zellkulturflasche. Verwenden Sie 1–2 ml pro T25- und 2,5 ml pro T75-Zellkulturflasche. Stellen Sie sicher, dass die Zellschicht vollständig bedeckt ist.
- Inkubieren Sie die Zellkulturflasche 8–10 Minuten bei Raumtemperatur.
- Resuspendieren Sie die Zellen vorsichtig mit dem Medium. Geben Sie 10 ml Medium hinzu und pipettieren Sie vorsichtig auf und ab, um Zellaggregate aufzubrechen.
- Zentrifugieren Sie die Zellsuspension 3 Minuten lang bei 300 x g.
- Resuspendieren Sie die Zellen in frischem Medium.
- Verteilen Sie die resuspendierten Zellen in neue Zellkulturflaschen, die frisches Medium enthalten.
- Lagern Sie die Zellen zur Langzeitlagerung in flüssigem Stickstoff.
Wenn Sie diese Schritte befolgen, können Sie Zellen subkultivieren und eine gesunde Zellkultur für zukünftige Experimente aufrechterhalten.