HeLa rakud: LLeLa: revolutsioonilised teadusuuringud
Alates nende avastamisest 1951. aastal on Henrietta Lacksi järgi nime saanud surematute rakkude tüvi Hela rakke kasutatud laialdaselt teaduslikes uuringutes. Henrietta Lacksil, 31-aastasel afroameeriklasest viie lapse emal, diagnoositi emakakaelavähk samal aastal, mil ta suri. George Otto Gey, Johns Hopkinsi haigla koekultuurilabori direktor, kogus ja paljundas tema emakakaelavähi rakke, mis osutusid erakordselt vastupidavaks ja viljakaks, võimaldades nende laialdast kasutamist teaduslikes uuringutes. Erinevalt teistest inimrakkudest oli HeLa rakke võimalik säilitada ja paljundada in vitro, mis kujutas endast märkimisväärset edasiminekut meditsiiniuuringutes.
Hela rakkude ajalugu ja ajaskaala
Henrietta Lacks, mustanahaline tubakakasvataja, viidi 1951. aastal Johns Hopkinsi haiglasse ebanormaalse vaginaalse verejooksu tõttu ja sai hiljem ravi emakakaelavähi tõttu. Tema esimene ravi seisnes koeproovide võtmises tema emakakaelast ilma tema nõusolekuta. Emakakaela biopsiast saadi koeproovid George Otto Gey kliinilise uuringu jaoks, mida uuriti koekultuurilaboris. Erinevalt varasematest proovidest märkas Gey laborant, et rakud kahekordistusid iga 20-24 tunni järel ja laienesid kiiresti. Gey paljundas emakakaelavähi rakke vahetult enne Lacksi surma ja need olid esimene elujõuline inimese in vitro rakuliin. Rakud nimetati Henrietta Lacksi ees- ja perekonnanime kahe esimese tähe järgi ning neid anti igale teadlasele, kes neid teadustöö edendamiseks soovis.
Kuigi rakud koguti ilma Lacksi või tema perekonna loata, ei olnud luba tollal vajalik ega ka üldlevinud. Patsiente või nende pereliikmeid ei olnud kohustatud hoiatama, et ära visatud või kirurgiliselt saadud materjalid on arsti või meditsiiniasutuse omand. 1970ndatel aastatel avalikustas avalik leke Henrietta tegeliku nime ja Lacksi perekonnalt paluti DNA-proove, et aidata tuvastada saastunud rakuliine. HeLa rakuliin pärineb Lacksi emakakaelakoe proovist ja seda on rakukultuuris paljundatud nii palju, et see ületab tunduvalt tema keha rakkude koguarvu. HeLa rakkude tüvesid on mitmeid, kuna need jätkavad rakukultuurides muteerumist, kuid kõik need on Lacksist ekstraheeritud kasvajarakkude järeltulijad.
Ajalooliste vigadega tegelemine
Henrietta Lacksi ja tema teadmata ja nõusolekuta saadud HeLa rakkude kohta käivitatud jutustus on käivitanud diskussiooni meditsiiniliste uuringute eetika ja üksikisiku õiguste kaitse üle, eelkõige seoses inimese bioloogilise materjali kasutamisega teaduses. Henrietta Lacksist sai teadmatusest esimese surematu inimrakkude liini allikas, mis on sellest ajast alates viinud lugematute teaduslike läbimurreteni. Selle eetilise väärteo teadvustamine on katalüüsinud üleminekut rangemate nõusolekuprotsesside suunas ja teadlaste moraalse kohustuse teadvustamist. See juhtum ei toonud esile mitte ainult vajadust reformida teadustegevust, vaid käivitas ka laiema arutelu õigluse, austuse ja tunnustamise üle meditsiinilistes teadusuuringutes, mille tulemusel püütakse parandada varasemat ebaõiglust ja tagada, et teaduse arengusse panustavaid isikuid tunnustatakse ja koheldakse väärikalt.
Thermo Fisher ja HeLa rakud
Biotehnoloogiaettevõtte Thermo Fisher Scientific vastu esitatud hagi, mis oli seotud HeLa rakkudega, sai alguse sügavamast eetilisest ja õiguslikust arutelust üksikisikutelt saadud bioloogiliste materjalide kommertsialiseerimise üle ilma nende nõusolekuta. Kohtuasi keskendus HeLa rakuliinile, mis viis märkimisväärsete teaduslike läbimurreteni, sealhulgas poliovaktsiini väljatöötamiseni ja edusammudeni vähiravis.
Kohtuprotsess tõi esile mitu eetilist kaalutlust: üksikisikute ja nende perekondade õigused nende bioloogiliste materjalide suhtes, marginaliseeritud isikutelt nõusolekuta proovide võtmise ajalooline kontekst ning sellistest materjalidest kasu saavate ettevõtete vastutus. Kohtuasi Thermo Fisher Scientific vastu tõi esile vajaduse selgema poliitika ja eetiliste standardite järele seoses inimeste bioloogiliste materjalide kasutamisega teadusuuringutes ja kaubanduses, tagades üksikisikute õiguste austamise ja teaduslikest avastustest tuleneva kasu õiglase jagamise.
HeLa rakkude päritolu, kohtuvaidluste ja lahenduste üksikasjalikuks uurimiseks vaadake meie artiklit"HeLa Cells: Ajalugu, kohtuvaidlused ja lahendused"
HeLa rakkude paeluvad omadused
HeLa rakke on lihtne kasvatada ja nad paljunevad kiiresti ning on tuntud ka oma suure vastuvõtlikkuse poolest viirusnakkuste suhtes. Nad on eriti tundlikud inimese adenoviiruse 3, entsefalomüokardiidi viiruse ning polioviiruse 1, 2 ja 3 suhtes. See omadus muudab HeLa rakud oluliseks nende viiruste replikatsiooni, kokkupaneku ja patogeneesi uurimiseks ning uute viirusevastaste strateegiate väljatöötamiseks. Lisaks sellele kasutatakse HeLa rakke laialdaselt transfektsiooni peremeestena geenide funktsiooni ja regulatsiooni uurimiseks, rekombinantsete valkude tootmiseks ja geeniteraapiaks.
- Isegi vähirakkude puhul on HeLa rakkudel ebatavaliselt kõrge rakkude paljunemiskiirus ja piiramatu eluiga, mistõttu on nad suurepärased teaduslikeks uuringuteks.
- HeLa rakkudel on aktiivne telomeraasi vorm, mis võimaldab rakkude piiramatut jagunemist ja surematust.
- HeLa rakud ületavad Hayflicki piiri, mis on maksimaalne arv rakkude jagunemisi, mida enamik normaalseid rakke võib läbida enne vananemist.
- HeLa rakkudel on hüpertriploidne kromosoomide arv (3n+). HeLa rakkude keskmine kromosoomide arv on 82, kuid see võib ulatuda 70-st kuni 164-ni (standardse diploidse arvu 46 asemel). Neid kromosoomi nimetatakse "HeLa signatuurkromosoomideks". Hela rakkudel on keeruline karyotüüp, mida iseloomustab suur aneuploidsus ja struktuursed ümberkorraldused. HeLa rakkudes on 98% rakkudest väike telotsentriline kromosoom ja 1385 uuritud rakus 100% aneuploidsus. Need kromosoomianomaaliad mängivad olulist rolli HeLa rakkude kiire kasvukiiruse ja surematuse juures ning on seotud ka emakakaelavähiga.
- Inimese papilloomiviiruse 18 (HPV18) horisontaalse geeniülekande tõttu inimese emakakaelarakkudesse on HeLa rakkudel Henrietta Lacksi omast erinev genoom.
HeLa rakkude struktuur
HeLa rakkude läbimõõt on sõltuvalt kasvatustingimustest 10-20 µm. Enamiku imetajate rakkude läbimõõt jääb vahemikku 10-100 µm. Ühe inimese kõige väiksema raku, punaste vereliblede, läbimõõt on umbes 8 µm. Seevastu lihaskiudude rakud ja neuronid võivad olla väga pikad.
Tänu HeLa'le edenevad teadusuuringud
HeLa rakud on olnud kesksel kohal märkimisväärsete teadusuuringute edusammude, sealhulgas avastuste tegemisel geneetikas, viroloogias ja terapeutiliste ravimite väljatöötamisel. HeLa rakuliini on kasutatud vähktõve, AIDSi, kiirguse ja toksiinide mõju, geenikaardistamise ja lugematute muude teadusalade uurimisel. HeLa uuringute kohta on avaldatud üle 60 000 teadusartikli, mille arv suureneb iga kuu rohkem kui 300 võrra.
Polio likvideerimine
1950. aastatel katsetas Jonas Salk esimest poliovaktsiini, kasutades HeLa rakke. Need rakud olid vastuvõtlikud poliomüeliidi infektsioonile, mille tulemuseks oli nakatunud rakkude surm. Selle tulemusena olid HeLa rakud poliovaktsiini testimiseks väga nõutud, sest tulemused olid kergesti kättesaadavad.
Viroloogia
HeLa rakke on nakatatud paljude viirustega, sealhulgas HIV, Zika, herpes ja mumps, et testida ja arendada uusi vaktsiine ja ravimeid. Dr. Richard Axel avastas, et HeLa rakke saab nakatada HIV-iga, lisades CD4-valgu, nii et viirust saab uurida. HeLa rakke on kasutatud papilloomiviiruse E2 ekspressiooni ja apoptoosi uurimiseks ning neil on olnud oluline roll ka inimese papilloomiviiruse (HPV) vaktsiinide väljatöötamisel.
Vähk
HeLa rakke on kasutatud paljude vähiuuringute tegemiseks, sealhulgas sugu steroidhormoonide, nagu östradiooli, östrogeeni ja östrogeeni retseptorite ning östrogeeni sarnaste ühendite, nagu kvertsetiin ja selle vähi ennetavad omadused, uurimiseks. HeLa rakke on kasutatud ka flavonoidide ja antioksüdantide mõju uurimiseks koos östradiooliga vähirakkude proliferatsioonile.
Muud tähelepanuväärsed rakendused on järgmised
- Vähiravi: Hela rakud olid olulised vähiravimite, näiteks kamptotetseiini, FDA poolt heaks kiidetud ravimi loomisel munasarja-, kopsu- ja emakakaelavähi raviks.
- Talidomiid ja hulgimüeloom: HeLa rakke kasutati selleks, et näidata, kuidas ravim talidomiid, mida algselt kasutati hommikuse haiguse vastu, võib põhjustada kaasasündinud puudeid, mis viis selle kasutamiseni hulgimüeloomi ravis.
- HIVi ja AIDSi mõistmine: Avastamine, et HIV-l on raskusi HeLa rakkude nakatumisega, parandas teadlaste arusaamist viirusest, avades ukse HIV- ja AIDSi ravimite väljatöötamiseks.
- Rakkude vananemine: HeLa rakud võimaldasid teadlastel uurida vananemise bioloogiat ja enneaegset vananemist põhjustavaid haigusi, mis viisid taastuvate kromosoomide avastamiseni, mis takistavad rakkude degeneratsiooni ja kahjustusi aja jooksul.
- Verehaigused: HeLa rakke kasutati hüdroksüuurea tõhususe hindamiseks erinevate vere pahaloomuliste haiguste ja aneemia vastu; hüdroksuureat kasutatakse nüüd sirprakulise haiguse ja valgete vereliblede pahaloomuliste haiguste raviks.
- Röntgen: 1956. aastal kasutasid teadlased HeLa rakke, et uurida röntgenkiirguse mõju elusorganismidele, saades parema arusaama meditsiinilise röntgenkiirguse suurte ja korduvate kiirgusdooside ohtlikkusest.
- Uuenduslikud avastused: HeLa rakud on mänginud olulist rolli mitmetes olulistes bioloogilistes avastustes, mis on viinud edusammudeni vähiravimite, HIV/AIDSi alaste teadmiste ja muu hulgas ka muudes valdkondades.
- Rakkude vananemine: HeLa rakke kasutanud teadlased said Nobeli preemia oma avastuste eest rakkude vananemise ja rakkude degeneratsiooni ja kahjustuste ennetamise kohta aja jooksul.
HeLa rakkude ja nende derivaatide uurimine
Mis on potentsiaalselt immortaliseeritud rakud?
Immortaliseeritud rakuliinid on rakud, mida on muudetud nii, et nad jagunevad pidevalt ja neid saab kasvatada pikema aja jooksul. Need pärinevad kromosoomianomaaliate või mutatsioonidega allikatest ja võivad olla saadud kasvajatest. Kasvamise jätkamiseks jagavad teadlased osa rakke uutesse rakukultuuride anumatesse ja paljundavad neid edasiste katsete jaoks.
HeLa rakke, nagu ka teisi rakuliine, peetakse "surematuteks", sest nad võivad rakukultuuriklaasides lõputult jaguneda, kui säilitatakse rakkude ellujäämiseks vajalikud esmased tingimused (st toetatakse ja hooldatakse sobivas keskkonnas). HeLa rakkude tüvesid on palju, sest need rakukultuurides pidevalt muteeruvad, kuid nad kõik pärinevad samadest Lacksi kasvajarakkudest. Rakukultuurides paljundatud HeLa rakkude arv ületab tunduvalt Henrietta Lacksi kehas leiduvate rakkude arvu.
HeLa rakkude tootmine, kvaliteedikontroll ja säilivusaeg
HeLa rakke võib kasvatada ja koristada standardseid rakukultuurimeetodeid kasutades umbes 80-90% konfluentsuse juures. Rakkudega on suhteliselt lihtne manipuleerida ja neid võib kasvatada erinevates seadeldistes.
Kuidas sulatada külmutatud HeLa rakke
- Pange krüoviaal antibakteriaalsesse 37 °C veevanni puhta veega.
- Sulatage kiiresti 40-60 sekundit. Viaal tuleb eemaldada ja viia steriilsesse voolukappi.
- Pühkige viaali 70%-lise alkoholiga ja kandke rakususpensioon 15 ml tsentrifuugitorusse, mis sisaldab 8 ml kultuurkeskkonda.
- Rekonstrueerige rakud, tsentrifuugige 300 x g juures kolm minutit ja visake supernatant ära (alternatiivselt lahjendage keskkonnaga ja eemaldage külmutussöötme 24 tundi hiljem, kui ei tsentrifuugita kohe).
- Viige 10 ml uues kasvukeskkonnas suspendeeritud rakud üle kahte T25 rakukultuurikolbi.
HeLa rakkude subkultiveerimine
- Eemaldage rakukultuurikolbist vana söötmekandja.
- Loputage kleepunud rakud, kasutades PBS-i ilma kaltsiumi ja magneesiumita. Kasutage 3-5 ml PBS-i T25 ja 5-10 ml T75 rakukultuurikolbide puhul.
- Lisage rakukultuurikolbi Accutase. Kasutage 1-2 ml T25 ja 2,5 ml T75 rakukultuurikolbi kohta. Veenduge, et rakuplaat oleks täielikult kaetud.
- Inkubeerige rakukultuurikolbi ümbritseval temperatuuril 8-10 minutit.
- Resuspenseerige rakud ettevaatlikult meediumiga. Lisage 10 ml keskkonda ja pipetige ettevaatlikult üles-alla, et lõhkuda rakuagregaadid.
- Tsentrifuugige rakususpensiooni 3 minutit 300 x g juures.
- Resuspenseerige rakud värskes söötmes.
- Doseerige resuspendeeritud rakud uutesse rakukultuurikolbidesse, mis sisaldavad värsket söötmeainet.
- Hoidke rakke pikaajalise säilitamise eesmärgil vedelas lämmastikus.
Neid samme järgides saate rakke subkultuurida ja säilitada terve rakukultuuri tulevaste katsete jaoks.