Cellule HeLa: Rivoluzionando la ricerca
Dalla loro scoperta nel 1951, le cellule Hela, un ceppo di cellule immortalizzate che prende il nome da Henrietta Lacks, sono state ampiamente utilizzate negli studi scientifici. A Henrietta Lacks, 31enne afroamericana madre di cinque figli, fu diagnosticato un cancro al collo dell'utero nello stesso anno in cui morì. George Otto Gey, direttore del Tissue Culture Laboratory del Johns Hopkins Hospital, raccolse e moltiplicò le sue cellule di carcinoma cervicale, che si dimostrarono eccezionalmente resistenti e prolifiche, consentendone un'ampia applicazione nella ricerca scientifica. A differenza di altre cellule umane, le cellule HeLa potevano essere mantenute e moltiplicate in vitro, rappresentando un notevole progresso nella ricerca medica.
Storia e cronologia delle cellule Hela
Henrietta Lacks, una coltivatrice di tabacco di colore, fu portata al Johns Hopkins Hospital nel 1951 per un'emorragia vaginale anomala e successivamente fu sottoposta a un trattamento per il cancro al collo dell'utero. La prima terapia consisteva nel prelievo di campioni di tessuto dalla cervice senza il suo consenso. La biopsia cervicale fornì campioni di tessuto per l'esame clinico di George Otto Gey, che furono studiati nel laboratorio di coltura dei tessuti. A differenza dei campioni precedenti, l'assistente di laboratorio di Gey notò che le cellule raddoppiavano ogni 20-24 ore e si espandevano rapidamente. Gey propagò le cellule del cancro cervicale poco prima della morte di Lacks e furono la prima linea cellulare umana vitale in vitro. Le cellule sono state chiamate con le prime due lettere del nome e del cognome di Henrietta Lacks e sono state date a tutti gli scienziati che ne facevano richiesta per avanzare nella ricerca.
Anche se le cellule furono raccolte senza il permesso di Lacks o della sua famiglia, all'epoca il permesso non era necessario né comunemente richiesto. Non vi era alcun obbligo di avvertire i pazienti o i loro familiari che i materiali scartati o ottenuti chirurgicamente erano di proprietà del medico o della struttura sanitaria. Negli anni Settanta, una fuga di notizie rese pubblico il vero nome di Henrietta e alla famiglia Lacks furono richiesti campioni di DNA per contribuire all'identificazione di linee cellulari contaminate. La linea cellulare HeLa ha avuto origine da un campione di tessuto cervicale della Lacks ed è stata moltiplicata in coltura cellulare in misura tale da superare il numero totale di cellule del suo corpo. Esistono diversi ceppi di cellule HeLa che continuano a mutare nelle colture cellulari, ma tutti discendono dalle cellule tumorali estratte da Lacks.
Affrontare le ingiustizie storiche
La vicenda di Henrietta Lacks e della derivazione delle cellule HeLa senza che lei ne fosse a conoscenza e senza il suo consenso ha acceso un discorso sull'etica delle pratiche di ricerca medica e sulla protezione dei diritti individuali, in particolare per quanto riguarda l'uso di materiale biologico umano nella scienza. Henrietta Lacks è diventata inconsapevolmente la fonte della prima linea cellulare umana immortale, che da allora ha portato a innumerevoli scoperte scientifiche. La consapevolezza di questo illecito etico ha catalizzato un cambiamento verso processi di consenso più rigorosi e una maggiore consapevolezza degli obblighi morali dei ricercatori. Questo caso non solo ha evidenziato la necessità di riformare le pratiche di ricerca, ma ha anche dato il via a una conversazione più ampia sulla giustizia, il rispetto e il riconoscimento nella ricerca medica, portando a sforzi per correggere le ingiustizie del passato e garantire che chi contribuisce al progresso scientifico sia riconosciuto e trattato con dignità.
Thermo Fisher e le cellule HeLa
La causa contro l'azienda biotecnologica Thermo Fisher Scientific relativa alle cellule HeLa affonda le sue radici in un più profondo dibattito etico e legale sulla commercializzazione di materiali biologici derivati da individui senza il loro consenso. Il caso era incentrato sulla linea cellulare HeLa, che ha portato a importanti scoperte scientifiche, tra cui lo sviluppo del vaccino antipolio e i progressi nel trattamento del cancro.
La causa ha portato alla luce diverse considerazioni etiche: i diritti degli individui e delle loro famiglie sui loro materiali biologici, il contesto storico del prelievo di campioni da individui emarginati senza consenso e le responsabilità delle aziende che beneficiano di tali materiali. Il caso contro Thermo Fisher Scientific ha evidenziato la necessità di politiche e standard etici più chiari riguardo all'uso di materiali biologici umani nella ricerca e nel commercio, garantendo il rispetto dei diritti degli individui e un'equa condivisione dei benefici derivanti dalle scoperte scientifiche.
Per un'esplorazione dettagliata delle origini, delle battaglie legali e delle risoluzioni relative alle cellule HeLa, consultate il nostro articolo"Cellule HeLa: Storia, cause e accordi"
Caratteristiche affascinanti delle cellule HeLa
Le cellule HeLa sono facili da coltivare e si moltiplicano rapidamente; sono inoltre note per la loro elevata suscettibilità alle infezioni virali. Sono particolarmente sensibili all'adenovirus umano 3, al virus dell'encefalomiocardite e ai poliovirus 1, 2 e 3. Questa caratteristica rende le cellule HeLa essenziali per studiare la replicazione, l'assemblaggio e la patogenesi di questi virus e per sviluppare nuove strategie antivirali. Inoltre, le cellule HeLa sono ampiamente utilizzate come ospiti di trasfezione per studiare la funzione e la regolazione dei geni, la produzione di proteine ricombinanti e la terapia genica.
- Anche per le cellule tumorali, le cellule HeLa hanno un tasso di proliferazione cellulare anormalmente elevato e una durata di vita illimitata, che le rende eccellenti per le indagini scientifiche.
- Le cellule HeLa hanno una forma di telomerasi attiva, che consente una divisione cellulare illimitata e l'immortalità.
- Le cellule HeLa superano il limite di Hayflick, il numero massimo di divisioni cellulari che la maggior parte delle cellule normali può subire prima di diventare senescenti.
- Le cellule HeLa hanno un numero cromosomico ipertriploide (3n+). Il numero medio di cromosomi nelle cellule HeLa è 82, ma può variare da 70 a 164 (invece del numero diploide standard di 46). Questi cromosomi sono chiamati "cromosomi firma HeLa". Le cellule Hela hanno un cariotipo complesso caratterizzato da un alto grado di aneuploidia e riarrangiamenti strutturali. Le cellule HeLa presentano un piccolo cromosoma telocentrico nel 98% delle cellule e un'aneuploidia del 100% in 1385 cellule esaminate. Queste anomalie cromosomiche svolgono un ruolo essenziale nel rapido tasso di crescita e nell'immortalità delle cellule HeLa e sono anche associate al cancro cervicale.
- A causa del trasferimento genico orizzontale dal papillomavirus umano 18 (HPV18) alle cellule cervicali umane, le cellule HeLa hanno un genoma diverso da quello di Henrietta Lacks.
Struttura delle cellule HeLa
Le cellule HeLa hanno un diametro di 10-20 µm, a seconda delle condizioni di coltura. La maggior parte delle cellule dei mammiferi ha un diametro compreso tra 10 e 100 µm. Una delle cellule umane più piccole, i globuli rossi, ha un diametro di circa 8 µm. D'altra parte, le cellule delle fibre muscolari e i neuroni possono essere estremamente lunghi.
I progressi della ricerca grazie a HeLa
Le cellule HeLa sono state al centro di importanti progressi della ricerca, tra cui scoperte nel campo della genetica, della virologia e dello sviluppo terapeutico. La linea cellulare HeLa è stata utilizzata per studiare il cancro, l'AIDS, gli effetti delle radiazioni e delle tossine, la mappatura genetica e innumerevoli altre attività scientifiche. Sono stati pubblicati oltre 60.000 articoli scientifici sulla ricerca HeLa, con un incremento di oltre 300 articoli al mese.
Eradicazione della polio
Negli anni Cinquanta, Jonas Salk sperimentò il primo vaccino antipolio utilizzando cellule HeLa. Queste cellule erano sensibili all'infezione da poliomielite, con conseguente morte delle cellule infette. Di conseguenza, le cellule HeLa erano molto richieste per la sperimentazione del vaccino antipolio, perché i risultati erano prontamente disponibili.
Virologia
Le cellule HeLa sono state infettate con numerosi virus, tra cui HIV, Zika, herpes e parotite, per testare e sviluppare nuovi vaccini e farmaci. Il dottor Richard Axel ha scoperto che le cellule HeLa possono essere infettate con l'HIV aggiungendo la proteina CD4, in modo da poter studiare il virus. Le cellule HeLa sono state utilizzate per ricercare l'espressione e l'apoptosi del papillomavirus E2 e hanno svolto un ruolo essenziale nello sviluppo di vaccini contro il papillomavirus umano (HPV).
Cancro
Le cellule HeLa sono state utilizzate per numerosi studi sul cancro, tra cui gli ormoni steroidei sessuali come l'estradiolo, gli estrogeni e i recettori degli estrogeni e i composti simili agli estrogeni come la quercetina e le sue proprietà di prevenzione del cancro. Le cellule HeLa sono state utilizzate anche per studiare gli effetti dei flavonoidi e degli antiossidanti con l'estradiolo sulla proliferazione delle cellule tumorali.
Altre applicazioni degne di nota sono
- Trattamenti del cancro: Le cellule Hela sono state fondamentali per la creazione di farmaci antitumorali, come la camptothecin, un farmaco approvato dalla FDA per il trattamento del cancro ovarico, polmonare e cervicale.
- Talidomide e mieloma multiplo: Le cellule HeLa sono state utilizzate per illustrare come il farmaco talidomide, inizialmente utilizzato per le nausee mattutine, possa causare disabilità congenite, portando al suo utilizzo nel trattamento del mieloma multiplo.
- Comprendere l'HIV e l'AIDS: La scoperta che l'HIV aveva difficoltà a infettare le cellule HeLa ha migliorato la comprensione del virus da parte dei ricercatori, aprendo la strada allo sviluppo di farmaci per l'HIV e l'AIDS.
- Invecchiamento cellulare: Le cellule HeLa hanno permesso ai ricercatori di esplorare la biologia dell'invecchiamento e le malattie che causano l'invecchiamento precoce, portando alla scoperta di cromosomi rigenerabili che impediscono la degenerazione cellulare e i danni nel tempo.
- Disturbi del sangue: Le cellule HeLa sono state utilizzate per valutare l'efficacia dell'idrossiurea contro diversi tumori maligni del sangue e anemie; l'idrossiurea è ora utilizzata per trattare la malattia falciforme e i tumori maligni dei globuli bianchi.
- Raggi X: Nel 1956, gli scienziati hanno utilizzato le cellule HeLa per studiare gli effetti delle radiazioni a raggi X su organismi vivi, ottenendo una migliore comprensione dei rischi delle dosi elevate e ricorrenti di radiazioni provenienti dai raggi X medici.
- Scoperte innovative: Le cellule HeLa hanno svolto un ruolo cruciale in diverse scoperte significative nel campo della biologia, portando a progressi nei farmaci contro il cancro, nella conoscenza dell'HIV/AIDS e altro ancora.
- Invecchiamento cellulare: I ricercatori che utilizzano le cellule HeLa hanno ricevuto il premio Nobel per le loro scoperte sull'invecchiamento cellulare e sulla prevenzione della degenerazione e dei danni cellulari nel tempo.
Esplorare le cellule HeLa e i loro derivati
Cosa sono le cellule potenzialmente immortalizzate?
Le linee cellulari immortalizzate sono cellule modificate in modo da dividersi continuamente e da poter essere coltivate per lunghi periodi. Provengono da fonti con anomalie cromosomiche o mutazioni e possono derivare da tumori. Per continuare la crescita, gli scienziati dividono alcune cellule in nuovi vasi di coltura cellulare e le moltiplicano per ulteriori esperimenti.
Le cellule HeLa, come altre linee cellulari, sono considerate "immortali" perché possono dividersi all'infinito in fiasche di coltura cellulare, purché vengano mantenute le condizioni primarie per la sopravvivenza delle cellule (cioè, sostenute e curate in un ambiente adeguato). Esistono numerosi ceppi di cellule HeLa perché continuano a mutare nelle colture cellulari, ma tutti derivano dalle stesse cellule tumorali di Lacks. Il numero di cellule HeLa propagate nelle colture cellulari supera di gran lunga quello trovato nel corpo di Henrietta Lacks.
Produzione, controllo di qualità e durata delle cellule HeLa
Le cellule HeLa possono essere coltivate e raccolte con metodi di coltura cellulare standard a circa l'80-90% di confluenza. Le cellule sono relativamente semplici da manipolare e possono essere coltivate in vari ambienti.
Come scongelare le cellule HeLa congelate
- Mettere la crioviale in un bagnomaria antibatterico a 37°C con acqua pulita.
- Scongelare rapidamente per 40-60 secondi. La fiala deve essere rimossa e trasferita in un armadio a flusso sterile.
- Pulire la fiala con alcol al 70% e trasferire la sospensione cellulare in una provetta da 15 ml contenente 8 ml di terreno di coltura.
- Ricostituire le cellule, centrifugare a 300 x g per tre minuti e scartare il surnatante (in alternativa, diluire con terreno di coltura e rimuovere il terreno di congelamento 24 ore dopo se non si centrifuga subito).
- Trasferire le cellule sospese in 10 ml di nuovo terreno di coltura in due fiasche di coltura T25.
Sottocoltura delle cellule HeLa
- Rimuovere il vecchio terreno dalla fiasca di coltura.
- Sciacquare le cellule aderenti con PBS senza calcio e magnesio. Utilizzare 3-5 ml di PBS per le fiasche di coltura cellulare T25 e 5-10 ml per quelle T75.
- Aggiungere Accutase alla fiasca di coltura cellulare. Utilizzare 1-2 ml per T25 e 2,5 ml per T75. Assicurarsi che il foglio cellulare sia completamente coperto.
- Incubare la fiasca di coltura cellulare a temperatura ambiente per 8-10 minuti.
- Risospendere accuratamente le cellule con il terreno. Aggiungere 10 ml di terreno e pipettare delicatamente verso l'alto e verso il basso per rompere gli aggregati cellulari.
- Centrifugare la sospensione cellulare per 3 minuti a 300 x g.
- Risospendere le cellule in terreno fresco.
- Distribuire le cellule risospese in nuove fiasche per colture cellulari contenenti terreno fresco.
- Conservare le cellule in azoto liquido per la conservazione a lungo termine.
Seguendo questi passaggi, è possibile subcollocare le cellule e mantenere una coltura cellulare sana per gli esperimenti futuri.