HeLa-Zellen: Revolutionierung der Forschung
Seit ihrer Entdeckung im Jahr 1951 werden Hela-Zellen, ein Stamm immortalisierter Zellen, der nach Henrietta Lacks benannt wurde, in vielen wissenschaftlichen Studien 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 Tissue Culture Laboratory am Johns Hopkins Hospital, sammelte und vermehrte ihre Gebärmutterhalskrebszellen, die sich als außerordentlich widerstandsfähig und produktiv erwiesen, was ihre breite Anwendung in der wissenschaftlichen Forschung ermöglichte. Im Gegensatz zu anderen menschlichen Zellen konnten die HeLa-Zellen in vitro erhalten und vermehrt werden, was einen erheblichen Fortschritt in der medizinischen Forschung darstellte.
Geschichte und Zeitleiste der Hela-Zellen
Henrietta Lacks, eine schwarze Tabakbäuerin, wurde 1951 wegen abnormaler vaginaler Blutungen in das Johns Hopkins Hospital gebracht und später wegen Gebärmutterhalskrebs behandelt. Ihre erste Therapie bestand in der Entnahme von Gewebeproben aus ihrem Gebärmutterhals ohne ihre Zustimmung. Aus der Gebärmutterhalsbiopsie wurden Gewebeproben für die klinische Untersuchung von George Otto Gey gewonnen, die im Gewebekulturlabor untersucht wurden. Im Gegensatz zu früheren Proben stellte Geys Laborassistent fest, dass sich die Zellen alle 20 bis 24 Stunden verdoppelten und schnell vermehrten. Gey vermehrte die Gebärmutterhalskrebszellen kurz vor Lacks' Tod, und sie waren die erste lebensfähige menschliche In-vitro-Zelllinie. Die Zellen wurden nach den ersten beiden Buchstaben des Vor- und Nachnamens von Henrietta Lacks benannt und wurden allen Wissenschaftlern zur Verfügung gestellt, die sie für ihre Forschung benötigten.
Obwohl die Zellen ohne die Erlaubnis von Henrietta Lacks oder ihrer Familie gewonnen wurden, war eine solche Erlaubnis damals weder erforderlich noch allgemein üblich. Es bestand keine Pflicht, Patienten oder ihre Familienangehörigen darüber zu informieren, dass weggeworfenes oder chirurgisch gewonnenes Material Eigentum des Arztes oder der medizinischen Einrichtung ist. In den 1970er Jahren wurde durch ein öffentliches Leck Henriettas tatsächlicher 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 in einem Ausmaß vermehrt, das die Gesamtzahl der Zellen in ihrem Körper weit übersteigt. Es gibt mehrere Stämme von HeLa-Zellen, die in Zellkulturen weiter mutieren, aber alle sind die Nachkommen der von Lacks entnommenen Tumorzellen.
Aufarbeitung historischen Unrechts
Die Geschichte um Henrietta Lacks und die Gewinnung von HeLa-Zellen ohne ihr Wissen oder ihre Zustimmung hat einen Diskurs über die Ethik medizinischer Forschungspraktiken und den Schutz der Rechte des Einzelnen ausgelöst, insbesondere im Hinblick auf die Verwendung von biologischem Material des Menschen 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 zu einem Wandel hin zu strengeren Einwilligungsverfahren und zu einem stärkeren Bewusstsein für die moralischen Verpflichtungen der Forscher geführt. Dieser Fall hat nicht nur die Notwendigkeit von Reformen in der Forschungspraxis aufgezeigt, sondern auch eine breitere Diskussion über Gerechtigkeit, Respekt und Anerkennung in der medizinischen Forschung ausgelöst, die zu Bemühungen geführt hat, vergangene Ungerechtigkeiten zu korrigieren und sicherzustellen, dass die Beiträge zum wissenschaftlichen Fortschritt anerkannt und mit Würde behandelt werden.
Thermo Fisher und HeLa-Zellen
Die Klage gegen das Biotechnologieunternehmen Thermo Fisher Scientific im Zusammenhang mit den HeLa-Zellen hatte ihre Wurzeln in einer tiefer gehenden ethischen und rechtlichen Debatte über die Vermarktung von biologischem Material, das von Menschen ohne deren Zustimmung gewonnen wurde. Der Fall drehte sich um die HeLa-Zelllinie, die zu bedeutenden wissenschaftlichen Durchbrüchen geführt hat, darunter die Entwicklung des Polio-Impfstoffs und Fortschritte in der Krebsbehandlung.
Die Klage brachte mehrere ethische Überlegungen ans Licht: die Rechte von Einzelpersonen und ihren Familien an ihrem biologischen Material, den historischen Kontext der Entnahme von Proben von marginalisierten Personen ohne deren Zustimmung und die Verantwortung von Unternehmen, die von solchem Material profitieren. Der Fall gegen Thermo Fisher Scientific hat deutlich gemacht, dass klarere Richtlinien und ethische Standards für die Verwendung von biologischem Material von Menschen in Forschung und Handel erforderlich sind, um die Rechte des Einzelnen zu wahren und eine gerechte Aufteilung des Nutzens aus wissenschaftlichen Entdeckungen zu gewährleisten.
Einen detaillierten Überblick über die Ursprünge, Rechtsstreitigkeiten und Lösungen im Zusammenhang mit HeLa-Zellen finden Sie in unserem Artikel"HeLa-Zellen": Geschichte, Rechtsstreit und Vergleiche"
Faszinierende Eigenschaften von HeLa-Zellen
HeLa-Zellen sind leicht zu kultivieren und vermehren sich schnell. Sie sind auch für ihre hohe Anfälligkeit für Virusinfektionen bekannt. Sie sind besonders empfänglich für das menschliche Adenovirus 3, das Enzephalomyokarditis-Virus und die Polioviren 1, 2 und 3. Diese Eigenschaft macht HeLa-Zellen für die Untersuchung der Replikation, des Aufbaus und der Pathogenese dieser Viren sowie für die Entwicklung neuer antiviraler Strategien unverzichtbar. Darüber hinaus werden HeLa-Zellen häufig als Transfektionswirte für die Untersuchung der Genfunktion und -regulation, für die Produktion rekombinanter Proteine und für die Gentherapie verwendet.
- Selbst für Krebszellen haben HeLa-Zellen eine ungewöhnlich hohe Zellproliferationsrate und eine unbegrenzte Lebensdauer, was sie für wissenschaftliche Untersuchungen hervorragend geeignet macht.
- HeLa-Zellen besitzen eine aktive Telomerase-Form, die eine unbegrenzte Zellteilung und Immortalisierung ermöglicht.
- HeLa-Zellen überwinden die Hayflick-Grenze, d. h. die maximale Anzahl von Zellteilungen, die die meisten normalen Zellen durchlaufen können, bevor sie altern.
- HeLa-Zellen haben eine hypertriploide Chromosomenzahl (3n+). Die durchschnittliche Chromosomenzahl in HeLa-Zellen beträgt 82, kann aber von 70 bis 164 reichen (anstelle der üblichen diploiden Zahl von 46). Diese Chromosomen werden als "HeLa-Signaturchromosomen" bezeichnet. Hela-Zellen haben einen komplexen Karyotyp, der durch ein hohes Maß an Aneuploidie und strukturellen Umlagerungen gekennzeichnet ist. HeLa-Zellen weisen in 98 % der Zellen ein kleines telozentrisches Chromosom und in 1385 untersuchten Zellen 100 % Aneuploidie auf. Diese Chromosomenanomalien spielen eine wesentliche Rolle für die schnelle Wachstumsrate und Immortalisierung von HeLa-Zellen und werden auch mit Gebärmutterhalskrebs in Verbindung gebracht.
- Aufgrund des horizontalen Gentransfers vom humanen Papillomavirus 18 (HPV18) auf menschliche Gebärmutterhalszellen haben die HeLa-Zellen ein anderes Genom als Henrietta Lacks.
Aufbau von HeLa-Zellen
HeLa-Zellen haben einen Durchmesser von 10 - 20 µm, je nach Kulturbedingungen. Die meisten Säugetierzellen haben einen Durchmesser zwischen 10 und 100 µm. Eine der kleinsten Zellen des Menschen, die roten Blutkörperchen, haben einen Durchmesser von etwa 8 µm. Andererseits können Muskelfaserzellen und Neuronen extrem lang sein.
Forschungsfortschritte dank HeLa
HeLa-Zellen standen im Mittelpunkt bedeutender Forschungsfortschritte, darunter Entdeckungen in der Genetik, Virologie und therapeutischen Entwicklung. Die HeLa-Zelllinie wurde zur Erforschung von Krebs, AIDS, der Auswirkungen von Strahlung und Toxinen, der Genkartierung und zahlloser anderer wissenschaftlicher Arbeiten verwendet. Mehr als 60.000 wissenschaftliche Artikel wurden über die HeLa-Forschung veröffentlicht, und monatlich werden es mehr als 300 mehr.
Ausrottung der Kinderlähmung
In den 1950er Jahren testete Jonas Salk den ersten Polio-Impfstoff mit HeLa-Zellen. Diese Zellen waren anfällig für eine Infektion mit Poliomyelitis, was zum Tod der infizierten Zellen führte. Infolgedessen 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 Hinzufügen des CD4-Proteins mit HIV infiziert werden können, so dass das Virus untersucht werden kann. HeLa-Zellen wurden zur Erforschung der Expression des Papillomavirus E2 und der Apoptose verwendet und spielten auch eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Impfstoffen gegen das humane Papillomavirus (HPV).
Krebs
HeLa-Zellen wurden für zahlreiche Krebsstudien verwendet, u. a. zu Sexualsteroidhormonen wie Östradiol, Östrogen und Östrogenrezeptoren sowie zu östrogenähnlichen Verbindungen wie Quercetin und seinen krebsvorbeugenden Eigenschaften. HeLa-Zellen wurden auch verwendet, um die Auswirkungen von Flavonoiden und Antioxidantien mit Östradiol auf die Vermehrung 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: Anhand von HeLa-Zellen wurde aufgezeigt, wie das Medikament Thalidomid, das ursprünglich zur Behandlung der morgendlichen Übelkeit eingesetzt wurde, angeborene Behinderungen verursachen kann, was zu seinem Einsatz bei der Behandlung des Multiplen Myeloms führte.
- Verstehen von HIV und AIDS: Die Entdeckung, dass HIV Schwierigkeiten hat, HeLa-Zellen zu infizieren, verbesserte das Verständnis der Forscher für das Virus und öffnete die Tür für die Entwicklung von HIV- und AIDS-Medikamenten.
- Zelluläre Alterung: HeLa-Zellen haben es Forschern ermöglicht, die Biologie des Alterns und die Krankheiten, die zu vorzeitiger Alterung führen, zu erforschen, was zur Entdeckung regenerierbarer Chromosomen führte, die Zelldegeneration und -schäden im Laufe der Zeit verhindern.
- Blutkrankheiten: HeLa-Zellen wurden verwendet, um die Wirksamkeit von Hydroxyharnstoff gegen verschiedene bösartige Blutkrankheiten und Anämie zu untersuchen; Hydroxyharnstoff wird heute zur Behandlung der Sichelzellkrankheit und bösartiger Erkrankungen der weißen Blutkörperchen eingesetzt.
- Röntgenstrahlen: 1956 nutzten Wissenschaftler HeLa-Zellen, um die Auswirkungen von Röntgenstrahlen auf lebende Organismen zu untersuchen und so ein besseres Verständnis für die Gefahren hoher und wiederkehrender Strahlendosen medizinischer Röntgenstrahlen zu gewinnen.
- Innovative Entdeckungen: HeLa-Zellen haben eine entscheidende Rolle bei mehreren bedeutenden Entdeckungen in der Biologie gespielt, die zu Fortschritten in der Krebsmedizin, dem Wissen über HIV/AIDS und vielem mehr geführt haben.
- Zelluläre Alterung: Forscher, die mit HeLa-Zellen arbeiteten, erhielten den Nobelpreis für ihre Erkenntnisse über die Zellalterung und die Verhinderung von Zelldegeneration und Zellschäden im Laufe der Zeit.
Erforschen 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 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 und vermehren sie für weitere Experimente.
HeLa-Zellen gelten wie andere Zelllinien als "unsterblich", da sie sich in Zellkulturgefäßen unbegrenzt teilen können, solange die primären Bedingungen für das Überleben der Zellen aufrechterhalten werden (d. h. sie werden in einer geeigneten Umgebung unterstützt und gepflegt). Es gibt zahlreiche Stämme von HeLa-Zellen, weil sie in Zellkulturen immer wieder mutieren, aber sie stammen alle von denselben Lacks-Tumorzellen ab. Die Zahl der in Zellkulturen vermehrten HeLa-Zellen übersteigt bei weitem die Zahl der im Körper von Henrietta Lacks gefundenen Zellen.
Herstellung, Qualitätskontrolle und Haltbarkeit von HeLa-Zellen
HeLa-Zellen können mit Standard-Zellkulturmethoden kultiviert und geerntet werden, wenn sie zu etwa 80-90 % konfluiert sind. Die Zellen sind relativ einfach zu handhaben und können in verschiedenen Umgebungen kultiviert werden.
Auftauen gefrorener HeLa-Zellen
- Legen Sie das Kryovial in ein antibakterielles 37°C-Wasserbad mit sauberem Wasser.
- Schnelles Auftauen für 40 bis 60 Sekunden. Das Fläschchen herausnehmen und in einen sterilen Durchflussschrank stellen.
- Das Fläschchen mit 70%igem Alkohol abwischen und die Zellsuspension in ein 15-ml-Zentrifugenröhrchen mit 8 ml Kulturmedium überführen.
- Die Zellen rekonstituieren, drei Minuten lang bei 300 x g zentrifugieren und den Überstand verwerfen (alternativ mit Medium verdünnen und das Gefriermedium 24 Stunden später entfernen, wenn 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 dem Zellkulturkolben.
- Spülen Sie die adhärenten Zellen mit PBS ohne Kalzium 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. Achten Sie darauf, dass die Zellschicht vollständig bedeckt ist.
- Inkubieren Sie die Zellkulturflasche 8-10 Minuten lang bei Raumtemperatur.
- Resuspendieren Sie die Zellen vorsichtig mit dem Medium. Fügen Sie 10 ml Medium hinzu und pipettieren Sie vorsichtig auf und ab, um die Zellaggregate aufzubrechen.
- Die Zellsuspension 3 Minuten lang bei 300 x g zentrifugieren.
- Resuspendieren Sie die Zellen in frischem Medium.
- Verteilen Sie die resuspendierten Zellen in neue Zellkulturflaschen, die frisches Medium enthalten.
- Lagern Sie die Zellen zur langfristigen Aufbewahrung in flüssigem Stickstoff.
Wenn Sie diese Schritte befolgen, können Sie Zellen subkultivieren und eine gesunde Zellkultur für zukünftige Experimente erhalten.