Κύτταρα HeLa: HLeA: Επαναστατική έρευνα
Από την ανακάλυψή τους το 1951, τα κύτταρα Hela, ένα στέλεχος αθάνατων κυττάρων που πήραν το όνομά τους από την Henrietta Lacks, έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στην επιστημονική μελέτη. Η Henrietta Lacks, μια 31χρονη Αφροαμερικανίδα μητέρα πέντε παιδιών, διαγνώστηκε με καρκίνο του τραχήλου της μήτρας την ίδια χρονιά που πέθανε. Ο George Otto Gey, διευθυντής του Εργαστηρίου Καλλιέργειας Ιστών στο Νοσοκομείο Johns Hopkins, συνέλεξε και πολλαπλασίασε τα κύτταρα του καρκινώματος του τραχήλου της μήτρας, τα οποία αποδείχθηκαν εξαιρετικά ανθεκτικά και παραγωγικά, επιτρέποντας την ευρεία εφαρμογή τους στην επιστημονική έρευνα. Σε αντίθεση με άλλα ανθρώπινα κύτταρα, τα κύτταρα HeLa μπορούσαν να διατηρηθούν και να πολλαπλασιαστούν in vitro, αποτελώντας σημαντική πρόοδο στην ιατρική έρευνα.
Η ιστορία και το χρονοδιάγραμμα των κυττάρων Hela
Η Henrietta Lacks, μια μαύρη αγρότισσα καπνού, μεταφέρθηκε στο νοσοκομείο Johns Hopkins το 1951 για μη φυσιολογική κολπική αιμορραγία και αργότερα έλαβε θεραπεία για καρκίνο του τραχήλου της μήτρας. Η πρώτη της θεραπεία συνίστατο στη λήψη δειγμάτων ιστού από τον τράχηλο της μήτρας της χωρίς τη συγκατάθεσή της. Από τη βιοψία του τραχήλου της μήτρας προέκυψαν δείγματα ιστών για την κλινική εξέταση του George Otto Gey, τα οποία μελετήθηκαν στο εργαστήριο καλλιέργειας ιστών. Σε αντίθεση με τα προηγούμενα δείγματα, ο εργαστηριακός βοηθός του Gey παρατήρησε ότι τα κύτταρα διπλασιάζονταν κάθε 20-24 ώρες και επεκτείνονταν γρήγορα. Ο Gey πολλαπλασίασε τα καρκινικά κύτταρα του τραχήλου της μήτρας λίγο πριν από τον θάνατο της Lacks και αποτέλεσαν την πρώτη βιώσιμη ανθρώπινη in vitro κυτταρική σειρά. Τα κύτταρα πήραν το όνομά τους από τα δύο πρώτα γράμματα του ονόματος και του επωνύμου της Henrietta Lacks και δίνονταν σε όποιον επιστήμονα τα ζητούσε για να προωθήσει την έρευνα.
Παρόλο που τα κύτταρα συλλέχθηκαν χωρίς την άδεια της Lacks ή της οικογένειάς της, η άδεια δεν ήταν ούτε απαραίτητη ούτε συνήθως ζητήθηκε εκείνη την εποχή. Δεν υπήρχε υποχρέωση προειδοποίησης των ασθενών ή των μελών της οικογένειάς τους ότι τα απορριπτόμενα ή χειρουργικά λαμβανόμενα υλικά αποτελούσαν ιδιοκτησία του ιατρού ή της ιατρικής μονάδας. Στη δεκαετία του 1970, μια δημόσια διαρροή αποκάλυψε το πραγματικό όνομα της Henrietta, και ζητήθηκε από την οικογένεια Lacks να δώσει δείγματα DNA για να βοηθήσει στον εντοπισμό μολυσμένων κυτταρικών σειρών. Η κυτταρική σειρά HeLa προήλθε από δείγμα τραχηλικού ιστού της Lacks και έχει πολλαπλασιαστεί σε κυτταροκαλλιέργειες σε βαθμό που υπερβαίνει κατά πολύ τον συνολικό αριθμό των κυττάρων του σώματός της. Υπάρχουν διάφορα στελέχη κυττάρων HeLa, καθώς συνεχίζουν να μεταλλάσσονται σε κυτταροκαλλιέργειες, αλλά όλα τους είναι απόγονοι των καρκινικών κυττάρων που εξήχθησαν από τη Lacks.
Αντιμετώπιση ιστορικών αδικιών
Η αφήγηση γύρω από την Henrietta Lacks και την εξαγωγή των κυττάρων HeLa χωρίς τη γνώση ή τη συγκατάθεσή της έχει πυροδοτήσει έναν διάλογο σχετικά με την ηθική των ιατρικών ερευνητικών πρακτικών και την προστασία των ατομικών δικαιωμάτων, ιδίως όσον αφορά τη χρήση ανθρώπινου βιολογικού υλικού στην επιστήμη. Η Henrietta Lacks έγινε εν αγνοία της η πηγή της πρώτης αθάνατης σειράς ανθρώπινων κυττάρων, η οποία έκτοτε οδήγησε σε αμέτρητες επιστημονικές ανακαλύψεις. Η συνειδητοποίηση αυτού του ηθικού παραπτώματος προκάλεσε καταλυτικά μια στροφή προς αυστηρότερες διαδικασίες συναίνεσης και μια αυξημένη συνειδητοποίηση των ηθικών υποχρεώσεων των ερευνητών. Η υπόθεση αυτή όχι μόνο ανέδειξε την ανάγκη μεταρρύθμισης των ερευνητικών πρακτικών, αλλά και πυροδότησε μια ευρύτερη συζήτηση σχετικά με τη δικαιοσύνη, τον σεβασμό και την αναγνώριση στην ιατρική έρευνα, οδηγώντας σε προσπάθειες για την αποκατάσταση των αδικιών του παρελθόντος και τη διασφάλιση ότι οι συντελεστές της επιστημονικής προόδου αναγνωρίζονται και αντιμετωπίζονται με αξιοπρέπεια.
Thermo Fisher και κύτταρα HeLa
Η αγωγή κατά της εταιρείας βιοτεχνολογίας Thermo Fisher Scientific που σχετίζεται με τα κύτταρα HeLa είχε τις ρίζες της σε μια βαθύτερη ηθική και νομική συζήτηση σχετικά με την εμπορική εκμετάλλευση βιολογικών υλικών που προέρχονται από άτομα χωρίς τη συγκατάθεσή τους. Η υπόθεση επικεντρώθηκε γύρω από τη σειρά κυττάρων HeLa, η οποία οδήγησε σε σημαντικές επιστημονικές ανακαλύψεις, συμπεριλαμβανομένης της ανάπτυξης του εμβολίου της πολιομυελίτιδας και των εξελίξεων στη θεραπεία του καρκίνου.
Η αγωγή έφερε στο φως διάφορα ηθικά ζητήματα: τα δικαιώματα των ατόμων και των οικογενειών τους επί του βιολογικού τους υλικού, το ιστορικό πλαίσιο της λήψης δειγμάτων από περιθωριοποιημένα άτομα χωρίς συγκατάθεση και τις ευθύνες των εταιρειών που επωφελούνται από τέτοια υλικά. Η υπόθεση κατά της Thermo Fisher Scientific ανέδειξε την ανάγκη για σαφέστερες πολιτικές και δεοντολογικά πρότυπα όσον αφορά τη χρήση ανθρώπινου βιολογικού υλικού στην έρευνα και το εμπόριο, διασφαλίζοντας το σεβασμό των δικαιωμάτων των ατόμων και τη δίκαιη κατανομή των οφελών που προκύπτουν από τις επιστημονικές ανακαλύψεις.
Για μια λεπτομερή διερεύνηση της προέλευσης, των νομικών μαχών και των λύσεων γύρω από τα κύτταρα HeLa, ανατρέξτε στο άρθρο μας"Κύτταρα HeLa: Ιστορία, αγωγή και διακανονισμοί"
Συναρπαστικά χαρακτηριστικά των κυττάρων HeLa
Τα κύτταρα HeLa καλλιεργούνται εύκολα και πολλαπλασιάζονται γρήγορα και είναι επίσης γνωστά για την υψηλή ευαισθησία τους σε ιογενείς λοιμώξεις. Είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα στον ανθρώπινο αδενοϊό 3, στον ιό της εγκεφαλομυοκαρδίτιδας και στον ιό της πολιομυελίτιδας 1, 2 και 3. Αυτό το χαρακτηριστικό καθιστά τα κύτταρα HeLa απαραίτητα για τη μελέτη του πολλαπλασιασμού, της συναρμολόγησης και της παθογένειας αυτών των ιών και την ανάπτυξη νέων αντιιικών στρατηγικών. Επιπλέον, τα κύτταρα HeLa χρησιμοποιούνται ευρέως ως ξενιστές διαμόλυνσης για τη μελέτη της γονιδιακής λειτουργίας και ρύθμισης, την παραγωγή ανασυνδυασμένων πρωτεϊνών και τη γονιδιακή θεραπεία.
- Ακόμη και για τα καρκινικά κύτταρα, τα κύτταρα HeLa έχουν ασυνήθιστα υψηλό ρυθμό κυτταρικού πολλαπλασιασμού και απεριόριστη διάρκεια ζωής, γεγονός που τα καθιστά εξαιρετικά για επιστημονικές έρευνες.
- Τα κύτταρα HeLa διαθέτουν μια ενεργή μορφή τελομεράσης, επιτρέποντας την απεριόριστη κυτταρική διαίρεση και την αθανασία.
- Τα κύτταρα HeLa ξεπερνούν το όριο Hayflick, τον μέγιστο αριθμό κυτταρικών διαιρέσεων που μπορούν να υποστούν τα περισσότερα φυσιολογικά κύτταρα προτού γεράσουν.
- Τα κύτταρα HeLa έχουν υπερτριπλοειδή χρωμοσωμικό αριθμό (3n+). Ο μέσος αριθμός χρωμοσωμάτων στα κύτταρα HeLa είναι 82, αλλά μπορεί να κυμαίνεται από 70 έως 164 (αντί του τυπικού διπλοειδούς αριθμού 46). Αυτά τα χρωμοσώματα αναφέρονται ως "χρωμοσώματα υπογραφής HeLa". Τα κύτταρα Hela έχουν έναν πολύπλοκο καρυότυπο που χαρακτηρίζεται από υψηλό βαθμό ανευπλοειδίας και δομικών αναδιατάξεων. Τα κύτταρα HeLa έχουν ένα μικρό τελοκεντρικό χρωμόσωμα στο 98% των κυττάρων και 100% ανευπλοειδία σε 1385 κύτταρα που εξετάστηκαν. Αυτές οι χρωμοσωμικές ανωμαλίες παίζουν ουσιαστικό ρόλο στον ταχύ ρυθμό ανάπτυξης και την αθανασία των κυττάρων HeLa και σχετίζονται επίσης με τον καρκίνο του τραχήλου της μήτρας.
- Λόγω της οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων από τον ιό των ανθρώπινων θηλωμάτων 18 (HPV18) στα κύτταρα του ανθρώπινου τραχήλου της μήτρας, τα κύτταρα HeLa έχουν διαφορετικό γονιδίωμα από αυτό της Henrietta Lacks.
Δομή των κυττάρων HeLa
Τα κύτταρα HeLa έχουν διάμετρο 10 - 20 μm, ανάλογα με τις συνθήκες καλλιέργειας. Τα περισσότερα κύτταρα θηλαστικών έχουν διάμετρο μεταξύ 10 και 100 μm. Ένα από τα μικρότερα ανθρώπινα κύτταρα, τα ερυθρά αιμοσφαίρια, έχουν διάμετρο περίπου 8 μm. Από την άλλη πλευρά, τα κύτταρα μυϊκών ινών και οι νευρώνες μπορεί να έχουν εξαιρετικά μεγάλο μήκος.
Εξελίξεις στην έρευνα χάρη στη HeLa
Τα κύτταρα HeLa έχουν βρεθεί στο επίκεντρο σημαντικών ερευνητικών εξελίξεων, συμπεριλαμβανομένων ανακαλύψεων στη γενετική, την ιολογία και τη θεραπευτική ανάπτυξη. Η κυτταρική σειρά HeLa έχει χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη του καρκίνου, του AIDS, των επιπτώσεων της ακτινοβολίας και των τοξινών, τη χαρτογράφηση γονιδίων και αμέτρητες άλλες επιστημονικές προσπάθειες. Πάνω από 60.000 επιστημονικά άρθρα έχουν δημοσιευθεί σχετικά με την έρευνα HeLa, με αύξηση κατά περισσότερα από 300 μηνιαίως.
Εξάλειψη της πολιομυελίτιδας
Στη δεκαετία του 1950, ο Jonas Salk δοκίμασε το πρώτο εμβόλιο κατά της πολιομυελίτιδας χρησιμοποιώντας κύτταρα HeLa. Τα κύτταρα αυτά ήταν ευαίσθητα στη μόλυνση από πολιομυελίτιδα, με αποτέλεσμα το θάνατο των μολυσμένων κυττάρων. Ως αποτέλεσμα, τα κύτταρα HeLa είχαν μεγάλη ζήτηση για δοκιμές εμβολίων πολιομυελίτιδας, επειδή τα αποτελέσματα ήταν άμεσα διαθέσιμα.
Ιολογία
Τα κύτταρα HeLa έχουν μολυνθεί με πολυάριθμους ιούς, όπως ο HIV, ο Zika, ο έρπης και η παρωτίτιδα, για τη δοκιμή και την ανάπτυξη νέων εμβολίων και φαρμάκων. Ο Δρ Richard Axel ανακάλυψε ότι τα κύτταρα HeLa μπορούν να μολυνθούν με τον ιό HIV με την προσθήκη της πρωτεΐνης CD4, ώστε να μπορεί να μελετηθεί ο ιός. Τα κύτταρα HeLa έχουν χρησιμοποιηθεί για την έρευνα της έκφρασης και της απόπτωσης του ιού των θηλωμάτων Ε2 και έχουν επίσης διαδραματίσει ουσιαστικό ρόλο στην ανάπτυξη εμβολίων κατά του ιού των ανθρώπινων θηλωμάτων (HPV).
Καρκίνος
Τα κύτταρα HeLa έχουν χρησιμοποιηθεί για πολυάριθμες μελέτες για τον καρκίνο, συμπεριλαμβανομένων των στεροειδών ορμονών του φύλου, όπως η οιστραδιόλη, τα οιστρογόνα και οι υποδοχείς οιστρογόνων και οι ενώσεις που μοιάζουν με οιστρογόνα, όπως η κερκετίνη και οι αντικαρκινικές της ιδιότητες. Τα κύτταρα HeLa έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη των επιδράσεων των φλαβονοειδών και των αντιοξειδωτικών με οιστραδιόλη στον πολλαπλασιασμό των καρκινικών κυττάρων.
Άλλες αξιοσημείωτες εφαρμογές περιλαμβάνουν
- Θεραπείες καρκίνου: Τα κύτταρα Hela ήταν καθοριστικής σημασίας για τη δημιουργία αντικαρκινικών φαρμάκων, όπως η καμπτοθεκίνη, ένα εγκεκριμένο από τον FDA φαρμακευτικό προϊόν για τη θεραπεία του καρκίνου των ωοθηκών, των πνευμόνων και του τραχήλου της μήτρας.
- Θαλιδομίδη και πολλαπλό μυέλωμα: Τα κύτταρα Hela χρησιμοποιήθηκαν για να καταδειχθεί πώς το φάρμακο θαλιδομίδη, το οποίο αρχικά χρησιμοποιήθηκε για την πρωινή ναυτία, μπορεί να προκαλέσει συγγενείς αναπηρίες, οδηγώντας στη χρήση του στη θεραπεία του πολλαπλού μυελώματος.
- Κατανόηση του HIV και του AIDS: Η αποκάλυψη ότι ο HIV δυσκολευόταν να μολύνει τα κύτταρα HeLa βελτίωσε την κατανόηση του ιού από τους ερευνητές, ανοίγοντας την πόρτα για την ανάπτυξη φαρμάκων για τον HIV και το AIDS.
- Κυτταρική γήρανση: Τα κύτταρα HeLa επέτρεψαν στους ερευνητές να διερευνήσουν τη βιολογία της γήρανσης και τις ασθένειες που προκαλούν πρόωρη γήρανση, οδηγώντας στην ανακάλυψη των αναγεννώμενων χρωμοσωμάτων που αποτρέπουν τον κυτταρικό εκφυλισμό και τη βλάβη με την πάροδο του χρόνου.
- Διαταραχές του αίματος: Τα κύτταρα HeLa χρησιμοποιήθηκαν για την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας της υδροξυουρίας κατά διαφόρων κακοηθειών του αίματος και της αναιμίας- η υδροξυουρία χρησιμοποιείται σήμερα για τη θεραπεία της δρεπανοκυτταρικής νόσου και των κακοηθειών των λευκών αιμοσφαιρίων.
- Ακτίνες Χ: Το 1956, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν κύτταρα HeLa για να διερευνήσουν τις επιδράσεις της ακτινοβολίας ακτίνων Χ σε ζωντανούς οργανισμούς, κατανοώντας καλύτερα τους κινδύνους των υψηλών και επαναλαμβανόμενων δόσεων ακτινοβολίας από τις ιατρικές ακτίνες Χ.
- Καινοτόμες ανακαλύψεις: Τα κύτταρα HeLa έπαιξαν καθοριστικό ρόλο σε αρκετές σημαντικές ανακαλύψεις στη βιολογία, οδηγώντας σε προόδους στα φάρμακα για τον καρκίνο, στη γνώση του HIV/AIDS και πολλά άλλα.
- Κυτταρική γήρανση: Οι ερευνητές που χρησιμοποίησαν κύτταρα HeLa τιμήθηκαν με το βραβείο Νόμπελ για τα ευρήματά τους σχετικά με την κυτταρική γήρανση και την πρόληψη του κυτταρικού εκφυλισμού και της βλάβης με την πάροδο του χρόνου.
Εξερευνήστε τα κύτταρα HeLa και τα παράγωγά τους
Τι είναι τα δυνητικά αθάνατα κύτταρα
Οι αθάνατες κυτταρικές σειρές είναι κύτταρα που έχουν τροποποιηθεί έτσι ώστε να διαιρούνται συνεχώς και να μπορούν να καλλιεργούνται για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Προέρχονται από πηγές με χρωμοσωμικές ανωμαλίες ή μεταλλάξεις και μπορεί να προέρχονται από όγκους. Για να συνεχιστεί η ανάπτυξη, οι επιστήμονες διαιρούν ορισμένα από τα κύτταρα σε νέα δοχεία κυτταροκαλλιέργειας και τα πολλαπλασιάζουν για περαιτέρω πειράματα.
Τα κύτταρα HeLa, όπως και άλλες κυτταρικές σειρές, θεωρούνται "αθάνατα" επειδή μπορούν να διαιρούνται επ' αόριστον σε φιάλες κυτταροκαλλιέργειας, εφόσον διατηρούνται οι πρωταρχικές συνθήκες για την επιβίωση των κυττάρων (δηλαδή, υποστηρίζονται και φροντίζονται σε κατάλληλο περιβάλλον). Υπάρχουν πολυάριθμα στελέχη κυττάρων HeLa επειδή μεταλλάσσονται συνεχώς στις κυτταροκαλλιέργειες, αλλά όλα προέρχονται από τα ίδια καρκινικά κύτταρα Lacks. Ο αριθμός των κυττάρων HeLa που πολλαπλασιάζονται σε κυτταροκαλλιέργειες υπερβαίνει κατά πολύ αυτόν που βρέθηκε στο σώμα της Henrietta Lacks.
Παραγωγή κυττάρων HeLa, ποιοτικός έλεγχος και διάρκεια ζωής στο ράφι
Τα κύτταρα HeLa μπορούν να καλλιεργηθούν και να συγκομιστούν με τη χρήση τυποποιημένων μεθόδων κυτταροκαλλιέργειας σε ποσοστό συμβολής περίπου 80-90%. Τα κύτταρα είναι σχετικά απλά στο χειρισμό και μπορούν να καλλιεργηθούν σε διάφορες συνθήκες.
Πώς να ξεπαγώσετε κατεψυγμένα κύτταρα HeLa
- Τοποθετήστε το κρυοφιαλίδιο σε αντιβακτηριδιακό υδατόλουτρο 37°C με καθαρό νερό.
- Ξεπαγώστε γρήγορα για 40 έως 60 δευτερόλεπτα. Το φιαλίδιο πρέπει να αφαιρεθεί και να μεταφερθεί σε ένα αποστειρωμένο θάλαμο ροής.
- Σκουπίστε το φιαλίδιο με αλκοόλη 70% και μεταφέρετε το εναιώρημα των κυττάρων σε ένα σωληνάριο φυγοκέντρησης των 15 ml που περιέχει 8 ml θρεπτικού μέσου.
- Επαναφέρετε τα κύτταρα, φυγοκεντρήστε στα 300 x g για τρία λεπτά και απορρίψτε το υπερκείμενο (εναλλακτικά, αραιώστε με μέσο και αφαιρέστε το μέσο κατάψυξης 24 ώρες αργότερα, εάν δεν φυγοκεντρήσετε αμέσως).
- Μεταφέρετε τα κύτταρα που αιωρούνται σε 10 ml νέου μέσου καλλιέργειας σε δύο φιάλες κυτταροκαλλιέργειας Τ25.
Υποκαλλιέργεια κυττάρων HeLa
- Αφαιρέστε το παλιό μέσο από τη φιάλη κυτταροκαλλιέργειας.
- Ξεπλύνετε τα προσκολλημένα κύτταρα χρησιμοποιώντας PBS χωρίς ασβέστιο και μαγνήσιο. Χρησιμοποιήστε 3-5 ml PBS για φιάλες κυτταροκαλλιέργειας T25 και 5-10 ml για φιάλες κυτταροκαλλιέργειας T75.
- Προσθέστε Accutase στη φιάλη κυτταροκαλλιέργειας. Χρησιμοποιήστε 1-2 ml ανά φιάλη κυτταροκαλλιέργειας T25 και 2,5 ml ανά φιάλη κυτταροκαλλιέργειας T75. Βεβαιωθείτε ότι το φύλλο κυττάρων καλύπτεται πλήρως.
- Επωάστε τη φιάλη κυτταροκαλλιέργειας σε θερμοκρασία περιβάλλοντος για 8-10 λεπτά.
- Ανασυσσωματώστε προσεκτικά τα κύτταρα με το μέσο. Προσθέστε 10 ml θρεπτικού μέσου και πιπετάρετε απαλά προς τα πάνω και προς τα κάτω για να διαλύσετε τα συσσωματώματα των κυττάρων.
- Φυγοκεντρίστε το εναιώρημα κυττάρων για 3 λεπτά στα 300 x g.
- Επαναεναιωρήστε τα κύτταρα σε φρέσκο μέσο.
- Διανείμετε τα επαναιωρούμενα κύτταρα σε νέες φιάλες κυτταροκαλλιέργειας που περιέχουν φρέσκο μέσο.
- Αποθηκεύστε τα κύτταρα σε υγρό άζωτο για μακροχρόνια αποθήκευση.
Ακολουθώντας αυτά τα βήματα, μπορείτε να υποκαλλιεργήσετε κύτταρα και να διατηρήσετε μια υγιή κυτταρική καλλιέργεια για μελλοντικά πειράματα.