Pubblicato: 2023 | Ultima revisione: maggio 2026
Cellule HeLa: una rivoluzione nella ricerca
Sin dalla loro scoperta nel 1951, le cellule HeLa, un ceppo di cellule immortalizzate che prendono il nome da Henrietta Lacks, sono state ampiamente utilizzate nella ricerca scientifica. Henrietta Lacks, una donna afroamericana di 31 anni e madre di cinque figli, ricevette una diagnosi di cancro cervicale lo stesso anno in cui morì. George Otto Gey, direttore del Laboratorio di coltura tissutale presso il 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.
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Storia e cronologia delle cellule HeLa
Henrietta Lacks, una coltivatrice di tabacco di colore, fu ricoverata al Johns Hopkins Hospital nel 1951 per un sanguinamento vaginale anomalo e in seguito ricevette cure per un cancro alla cervice uterina. La sua prima terapia consistette 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 tissutale. A differenza dei campioni precedenti, l'assistente di laboratorio di Gey notò che le cellule si raddoppiavano ogni 20-24 ore e si espandevano rapidamente. Gey propagò le cellule del cancro cervicale poco prima della morte della Lacks, e queste costituirono la prima linea cellulare umana in vitro vitale. Le cellule furono chiamate con le prime due lettere del nome e del cognome di Henrietta Lacks e furono fornite a qualsiasi scienziato che ne facesse richiesta per far progredire la ricerca.
Sebbene le cellule fossero state prelevate senza il permesso della Lacks o della sua famiglia, all'epoca tale permesso non era né 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 '70, una fuga di notizie rese pubblico il vero nome di Henrietta e alla famiglia Lacks furono richiesti campioni di DNA per aiutare a identificare le 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 di gran lunga il numero totale di cellule presenti nel suo corpo. Esistono diversi ceppi di cellule HeLa, poiché continuano a mutare nelle colture cellulari, ma tutti sono discendenti delle cellule tumorali estratte dalla Lacks.
Affrontare gli errori del passato
La storia di Henrietta Lacks e della derivazione delle cellule HeLa a sua insaputa e senza il suo consenso ha acceso un dibattito sull'etica delle pratiche di ricerca medica e sulla tutela 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 presa di coscienza di questo errore 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 messo in luce la necessità di una riforma delle pratiche di ricerca, ma ha anche innescato un dibattito più ampio su giustizia, rispetto e 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 affondava le sue radici in un dibattito etico e giuridico più profondo sulla commercializzazione di materiali biologici derivati da individui senza il loro consenso. Il caso verteva sulla linea cellulare HeLa, che ha portato a significativi progressi scientifici, tra cui lo sviluppo del vaccino contro la poliomielite e i progressi nella cura del cancro.
La causa ha portato alla luce diverse considerazioni etiche: i diritti delle persone e delle loro famiglie sui propri materiali biologici, il contesto storico del prelievo di campioni da individui emarginati senza il loro consenso e le responsabilità delle aziende che traggono beneficio da 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 delle persone e l'equa condivisione dei benefici derivanti dalle scoperte scientifiche.
Per un'analisi dettagliata delle origini, delle battaglie legali e delle risoluzioni relative alle cellule HeLa, consulta il nostro articolo "Cellule HeLa: storia, causa legale 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 lo studio della replicazione, dell'assemblaggio e della patogenesi di questi virus e per lo sviluppo di nuove strategie antivirali. Inoltre, le cellule HeLa sono ampiamente utilizzate come ospiti di trasfezione per lo studio della funzione e della regolazione genica, la produzione di proteine ricombinanti e la terapia genica.
- Anche per quanto riguarda le cellule tumorali, le cellule HeLa presentano un tasso di proliferazione cellulare anormalmente elevato e una durata di vita illimitata, il che le rende eccellenti per la ricerca scientifica.
- Le cellule HeLa possiedono una forma attiva di telomerasi, che consente una divisione cellulare illimitata e l'immortalità.
- Le cellule HeLa superano il limite di Hayflick, ovvero 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 (anziché il numero diploide standard di 46). Questi cromosomi sono indicati come "cromosomi caratteristici delle 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% nelle 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.
Progressi nella ricerca grazie alle cellule HeLa
Le cellule HeLa sono state al centro di significativi progressi nella 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 sulle cellule HeLa, con un aumento di oltre 300 al mese.
Eradicazione della poliomielite
Negli anni '50, Jonas Salk testò il primo vaccino contro la poliomielite utilizzando le cellule HeLa. Queste cellule erano sensibili all'infezione da poliomielite, che provocava la morte delle cellule infette. Di conseguenza, le cellule HeLa erano molto richieste per i test sui vaccini contro la poliomielite, poiché i risultati erano immediatamente disponibili.
Virologia
Le cellule HeLa sono state infettate con numerosi virus, tra cui l'HIV, lo Zika, l'herpes e la parotite, per testare e sviluppare nuovi vaccini e farmaci. Il dottor Richard Axel ha scoperto che le cellule HeLa possono essere infettate dall'HIV aggiungendo la proteina CD4, in modo da poter studiare il virus. Le cellule HeLa sono state utilizzate per la ricerca sull'espressione del papillomavirus E2 e sull'apoptosi, e hanno anche svolto un ruolo essenziale nello sviluppo dei vaccini contro il papillomavirus umano (HPV).
Cancro
Le cellule HeLa sono state utilizzate per numerosi studi sul cancro, tra cui quelli sugli ormoni steroidei sessuali come l'estradiolo, gli estrogeni e i recettori degli estrogeni, nonché sui composti simili agli estrogeni come la quercetina e le sue proprietà antitumorali. 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 includono
- Trattamenti contro il cancro: le cellule HeLa sono state fondamentali nella creazione di farmaci antitumorali, come la camptotecina, un farmaco approvato dalla FDA per il trattamento del cancro alle ovaie, ai polmoni e alla cervice uterina.
- Talidomide e mieloma multiplo: le cellule HeLa sono state utilizzate per illustrare come il farmaco talidomide, inizialmente utilizzato per la nausea mattutina, possa causare disabilità congenite, portando al suo utilizzo nel trattamento del mieloma multiplo.
- Comprensione dell'HIV e dell'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 contro 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 prevengono la degenerazione cellulare e il danno nel tempo.
- Disturbi del sangue: le cellule HeLa sono state utilizzate per valutare l'efficacia dell'idrossiurea contro diverse neoplasie del sangue e l'anemia; l'idrossiurea è ora utilizzata per trattare l'anemia falciforme e le neoplasie dei globuli bianchi.
- Raggi X: nel 1956, gli scienziati hanno utilizzato le cellule HeLa per studiare gli effetti delle radiazioni dei raggi X sugli organismi viventi, acquisendo una migliore comprensione dei rischi legati a 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 nella medicina oncologica, nella conoscenza dell'HIV/AIDS e altro ancora.
- Invecchiamento cellulare: i ricercatori che hanno utilizzato le cellule HeLa hanno ricevuto il Premio Nobel per le loro scoperte sull'invecchiamento cellulare e sulla prevenzione della degenerazione e del danno cellulare nel tempo.
Scopri le cellule HeLa e i loro derivati
Cosa sono le cellule potenzialmente immortalizzate?
Le linee cellulari immortalizzate sono cellule che sono state modificate in modo da dividersi continuamente e 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 delle cellule in nuovi recipienti 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 fintanto che vengono mantenute le condizioni primarie per la sopravvivenza cellulare (cioè, sostenute e curate in un ambiente appropriato). Esistono numerosi ceppi di cellule HeLa perché continuano a mutare nelle colture cellulari, ma derivano tutte dalle stesse cellule tumorali di Lacks. Il numero di cellule HeLa propagate nelle colture cellulari supera di gran lunga quello presente nel corpo di Henrietta Lacks.
Produzione, controllo qualità e durata di conservazione delle cellule HeLa
Le cellule HeLa possono essere coltivate e raccolte utilizzando metodi standard di coltura cellulare a una confluenza di circa l'80-90%. Le cellule sono relativamente semplici da manipolare e possono essere coltivate in vari contesti.
Come scongelare le cellule HeLa congelate
- Mettere la crioviale in un bagno d'acqua antibatterico a 37 °C con acqua pulita.
- Scongelare rapidamente per 40-60 secondi. La provetta deve essere rimossa e trasferita in una cabina a flusso sterile.
- Pulire la provetta con alcool al 70% e trasferire la sospensione cellulare in una provetta da centrifuga da 15 ml contenente 8 ml di terreno di coltura.
- Ricostituire le cellule, centrifugare a 300 x g per tre minuti ed eliminare il surnatante (in alternativa, diluire con terreno di coltura e rimuovere il terreno di congelamento 24 ore dopo se non si centrifuga immediatamente).
- Trasferire le cellule sospese in 10 ml di nuovo terreno di coltura in due fiasche di coltura cellulare T25.
Subcoltura delle cellule HeLa
- Rimuovere il vecchio terreno dalla fiasca di coltura cellulare.
- Risciacquare le cellule aderenti utilizzando 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 fiasca T25 e 2,5 ml per fiasca T75. Assicurarsi che il foglio cellulare sia completamente coperto.
- Incubare la fiasca di coltura cellulare a temperatura ambiente per 8-10 minuti.
- Risospendere con cura le cellule con il terreno di coltura. Aggiungere 10 ml di terreno di coltura e pipettare delicatamente su e giù 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 di coltura cellulare contenenti terreno fresco.
- Conservare le cellule in azoto liquido per la conservazione a lungo termine.
Seguendo questi passaggi, è possibile effettuare la subcoltura delle cellule e mantenere una coltura cellulare sana per esperimenti futuri.