HeLa ląstelės: Revoliucija moksliniuose tyrimuose
Nuo pat atradimo 1951 m. Hela ląstelės- Henrietos Lacks vardu pavadinta nemortizuotų ląstelių atmaina - plačiai naudojamos moksliniuose tyrimuose. Henrietai Lacks, 31 metų afroamerikietei, penkių vaikų motinai, tais pačiais metais, kai ji mirė, buvo diagnozuotas gimdos kaklelio vėžys. Džordžas Otas Geisas (George Otto Gey), Džonso Hopkinso ligoninės audinių kultūrų laboratorijos direktorius, surinko ir padaugino jos gimdos kaklelio karcinomos ląsteles, kurios pasirodė esančios itin atsparios ir vaisingos, todėl jas buvo galima plačiai taikyti moksliniuose tyrimuose. Skirtingai nei kitas žmogaus ląsteles, HeLa ląsteles buvo galima palaikyti ir dauginti in vitro, o tai buvo didelė pažanga medicinos tyrimų srityje.
Hela ląstelių istorija ir laiko juosta
Henrietta Lacks, juodaodė tabako augintoja, 1951 m. buvo nuvežta į Johnso Hopkinso ligoninę dėl neįprasto kraujavimo iš makšties, o vėliau gydoma nuo gimdos kaklelio vėžio. Pirmąjį gydymą sudarė audinių mėginių paėmimas iš jos gimdos kaklelio be jos sutikimo. Atlikus gimdos kaklelio biopsiją, buvo gauti audinių mėginiai Džordžo Otto Gėjaus klinikiniam tyrimui, kurie buvo tiriami audinių kultūrų laboratorijoje. Priešingai nei ankstesniuose mėginiuose, Gey laboratorijos asistentas pastebėjo, kad ląstelės padvigubėja kas 20-24 valandas ir sparčiai plečiasi. Prieš pat Lacks mirtį Gey padaugino gimdos kaklelio vėžio ląsteles ir jos tapo pirmąja gyvybinga žmogaus in vitro ląstelių linija. Ląstelės buvo pavadintos Henrietos Lacks vardo ir pavardės pirmosiomis dviem raidėmis ir buvo duodamos visiems mokslininkams, kurie jų prašydavo, kad galėtų atlikti mokslinius tyrimus.
Nors ląstelės buvo surinktos be H. Lacks ar jos šeimos sutikimo, tačiau tuo metu leidimo nereikėjo ir jo paprastai nebuvo prašoma. Nebuvo pareigos įspėti pacientus ar jų šeimos narius, kad išmestos ar chirurginiu būdu gautos medžiagos yra gydytojo ar medicinos įstaigos nuosavybė. XX a. septintajame dešimtmetyje viešai pasklidus informacijai apie tikrąjį Henrietos vardą, Lacksų šeimos buvo paprašyta DNR mėginių, kad būtų galima padėti nustatyti užkrėstas ląstelių linijas. HeLa ląstelių linija atsirado iš Lacks gimdos kaklelio audinio mėginio ir ląstelių kultūroje buvo padauginta tiek, kad gerokai viršijo bendrą jos kūno ląstelių skaičių. Egzistuoja kelios HeLa ląstelių atmainos, nes jos ir toliau mutuoja ląstelių kultūrose, tačiau visos jos yra iš Lacks išskirtos naviko ląstelės palikuonės.
Istorinių skriaudų šalinimas
Pasakojimas apie Henriettą Lacks ir HeLa ląstelių gavimą be jos žinios ar sutikimo įžiebė diskusiją apie medicininių tyrimų praktikos etiką ir asmens teisių apsaugą, ypač susijusią su žmogaus biologinių medžiagų naudojimu moksle. Henrietta Lacks, pati to nežinodama, tapo pirmosios nemirtingos žmogaus ląstelių linijos šaltiniu, kuri vėliau lėmė daugybę mokslo laimėjimų. Šio etinio nusižengimo suvokimas paskatino pereiti prie griežtesnių sutikimo procesų ir didesnio mokslininkų moralinių įsipareigojimų suvokimo. Šis atvejis ne tik išryškino būtinybę reformuoti mokslinių tyrimų praktiką, bet ir paskatino platesnį pokalbį apie teisingumą, pagarbą ir pripažinimą medicininių tyrimų srityje, todėl imtasi pastangų ištaisyti praeities neteisybę ir užtikrinti, kad prisidėjusieji prie mokslo pažangos būtų pripažinti ir su jais būtų elgiamasi oriai.
"Thermo Fisher" ir HeLa ląstelės
Su HeLa ląstelėmis susijęs ieškinys prieš biotechnologijų bendrovę "Thermo Fisher Scientific" kilo dėl gilesnių etinių ir teisinių diskusijų apie biologinių medžiagų, gautų iš asmenų be jų sutikimo, komercializavimą. Byla buvo susijusi su HeLa ląstelių linija, kuri lėmė reikšmingus mokslo laimėjimus, įskaitant vakcinos nuo poliomielito sukūrimą ir pažangą vėžio gydymo srityje.
Ieškinys atskleidė keletą etinių aspektų: asmenų ir jų šeimų teises į jų biologines medžiagas, istorines aplinkybes, susijusias su mėginių paėmimu iš marginalizuotų asmenų be jų sutikimo, ir bendrovių, gaunančių naudos iš tokių medžiagų, atsakomybę. Byloje prieš Thermo Fisher Scientific išryškėjo poreikis nustatyti aiškesnę politiką ir etinius standartus dėl žmogaus biologinių medžiagų naudojimo moksliniuose tyrimuose ir prekyboje, užtikrinant pagarbą asmenų teisėms ir teisingą naudos, gaunamos iš mokslinių atradimų, pasidalijimą.
Išsamiau apie HeLa ląstelių atsiradimą, teisines kovas ir sprendimus, susijusius su HeLa ląstelėmis, skaitykite mūsų straipsnyje"HeLa ląstelės:"Hela Hela"istoriją, teisminius procesus ir susitarimus"
Įspūdingos HeLa ląstelių savybės
HeLa ląsteles lengva kultivuoti ir jos greitai dauginasi, be to, jos pasižymi dideliu jautrumu virusinėms infekcijoms. Jos ypač jautrios žmogaus adenovirusui 3, encefalomio-kardito virusui ir poliovirusams 1, 2 ir 3. Dėl šios savybės HeLa ląstelės yra labai svarbios tiriant šių virusų replikaciją, surinkimą ir patogenezę bei kuriant naujas antivirusines strategijas. Be to, HeLa ląstelės plačiai naudojamos kaip transfekcijos šeimininkės tiriant genų funkciją ir reguliavimą, rekombinantinių baltymų gamybą ir genų terapiją.
- Net vėžio ląstelėms HeLa ląstelės pasižymi neįprastai dideliu ląstelių dauginimosi greičiu ir neribota gyvenimo trukme, todėl jos puikiai tinka moksliniams tyrimams.
- HeLa ląstelės turi aktyvią telomerazės formą, leidžiančią neribotai dalytis ląstelėms ir užtikrinti jų nemirtingumą.
- HeLa ląstelės įveikia Hayflicko ribą, t. y. didžiausią ląstelių dalijimųsi skaičių, kurį dauguma normalių ląstelių gali atlikti prieš tapdamos senstančiomis.
- HeLa ląstelės turi hipertriploidinį chromosomų skaičių (3n+). Vidutinis chromosomų skaičius HeLa ląstelėse yra 82, bet gali svyruoti nuo 70 iki 164 (vietoj standartinio diploidinio skaičiaus 46). Tokios chromosomos vadinamos "HeLa paraštinėmis chromosomomis". Hela ląstelės turi sudėtingą kariotipą, kuriam būdingas didelis aneuploidijos ir struktūrinių pertvarkymų laipsnis. HeLa ląstelėse mažos telocentrinės chromosomos yra 98 % ląstelių, o 100 % aneuploidijos - 1385 tirtose ląstelėse. Šios chromosomų anomalijos atlieka esminį vaidmenį HeLa ląstelių sparčiam augimui ir nemirtingumui bei yra susijusios su gimdos kaklelio vėžiu.
- Dėl horizontalaus genų perdavimo iš žmogaus papilomos viruso 18 (ŽPV18) į žmogaus gimdos kaklelio ląsteles HeLa ląstelės turi kitokį genomą nei Henrietta Lacks.
HeLa ląstelių struktūra
HeLa ląstelių skersmuo, priklausomai nuo auginimo sąlygų, yra 10-20 µm. Daugumos žinduolių ląstelių skersmuo yra 10-100 µm. Vienos iš mažiausių žmogaus ląstelių - raudonųjų kraujo kūnelių - skersmuo yra apie 8 µm. Kita vertus, raumenų skaidulų ląstelės ir neuronai gali būti labai ilgi.
Tyrimų pažanga dėl HeLa
HeLa ląstelės buvo svarbių mokslinių tyrimų, įskaitant atradimus genetikos, virusologijos ir terapijos srityse, pagrindas. HeLa ląstelių linija buvo naudojama tiriant vėžį, AIDS, radiacijos ir toksinų poveikį, sudarant genų žemėlapius ir atliekant daugybę kitų mokslinių tyrimų. Apie HeLa tyrimus paskelbta daugiau kaip 60 000 mokslinių straipsnių, kurių kas mėnesį padaugėja daugiau kaip 300.
Poliomielito išnaikinimas
XX a. šeštajame dešimtmetyje Jonas Salkas išbandė pirmąją vakciną nuo poliomielito, naudodamas HeLa ląsteles. Šios ląstelės buvo jautrios poliomielito infekcijai, dėl kurios infekuotos ląstelės žūdavo. Dėl to HeLa ląstelės buvo labai paklausios poliomielito vakcinos tyrimams, nes rezultatai buvo lengvai prieinami.
Virologija
HeLa ląstelės buvo užkrėstos daugeliu virusų, įskaitant ŽIV, Zika, herpesą ir kiaulytę, siekiant išbandyti ir sukurti naujas vakcinas ir vaistus. Dr. Richardas Axelis atrado, kad HeLa ląsteles galima užkrėsti ŽIV, pridedant CD4 baltymą, kad virusą būtų galima tirti. HeLa ląstelės buvo naudojamos tiriant papilomos viruso E2 raišką ir apoptozę, jos taip pat atliko svarbų vaidmenį kuriant vakcinas nuo žmogaus papilomos viruso (ŽPV).
Vėžys
HeLa ląstelės buvo naudojamos daugeliui vėžio tyrimų, įskaitant lytinių steroidinių hormonų, tokių kaip estradiolis, estrogenas ir estrogenų receptoriai, bei į estrogenus panašių junginių, tokių kaip kvercetinas ir jo vėžio prevencinės savybės. HeLa ląstelės taip pat buvo naudojamos tiriant flavonoidų ir antioksidantų su estradioliu poveikį vėžio ląstelių dauginimuisi.
Kiti verti dėmesio taikymai
- Vėžio gydymas: Hela ląstelės buvo labai svarbios kuriant vaistus nuo vėžio, pavyzdžiui, kamptoteciną - FDA patvirtintą vaistinį preparatą, skirtą kiaušidžių, plaučių ir gimdos kaklelio vėžiui gydyti.
- Talidomidas ir daugybinė mieloma: HeLa ląstelės buvo naudojamos siekiant parodyti, kaip vaistas talidomidas, iš pradžių naudotas nuo rytinio pykinimo, gali sukelti įgimtą negalią, todėl jis pradėtas naudoti daugybinei mielomai gydyti.
- ŽIV ir AIDS supratimas: Atskleidus, kad ŽIV sunkiai infekuoja HeLa ląsteles, mokslininkai geriau suprato virusą, todėl atsirado galimybė kurti vaistus nuo ŽIV ir AIDS.
- Ląstelių senėjimas: HeLa ląstelės leido mokslininkams ištirti senėjimo biologiją ir ankstyvą senėjimą sukeliančias ligas, todėl buvo atrastos regeneruojamos chromosomos, kurios laikui bėgant užkerta kelią ląstelių degeneracijai ir pažeidimams.
- Kraujo sutrikimai: HeLa ląstelės buvo naudojamos hidroksiurejos veiksmingumui prieš įvairius kraujo piktybinius navikus ir anemiją įvertinti; dabar hidroksiurea naudojama sergančiųjų pjautuvo formos ląstelių ligai ir baltųjų kraujo kūnelių piktybiniams navikams gydyti.
- Rentgeno spinduliai: 1956 m. mokslininkai panaudojo HeLa ląsteles rentgeno spinduliuotės poveikiui gyviems organizmams ištirti, kad geriau suprastų didelių ir pasikartojančių medicininės rentgeno spinduliuotės dozių keliamą pavojų.
- Naujoviški atradimai: HeLa ląstelės suvaidino svarbų vaidmenį darant keletą svarbių biologijos atradimų, kurie padėjo sukurti vaistus nuo vėžio, pažinti ŽIV/AIDS ir kt.
- Ląstelių senėjimas: Mokslininkai, naudoję HeLa ląsteles, buvo apdovanoti Nobelio premija už atradimus apie ląstelių senėjimą ir ląstelių degeneracijos bei pažeidimų prevenciją laikui bėgant.
Tyrinėkite HeLa ląsteles ir jų darinius
Kas yra potencialiai nemortizuotos ląstelės?
Nemortizuotos ląstelių linijos - tai ląstelės, kurios buvo modifikuotos taip, kad dalytųsi nuolat ir galėtų būti auginamos ilgą laiką. Jos gaunamos iš šaltinių, turinčių chromosomų anomalijų ar mutacijų, ir gali būti gautos iš navikų. Norėdami tęsti augimą, mokslininkai dalį ląstelių padalina į naujus ląstelių kultūros indus ir padaugina jas tolesniems eksperimentams.
HeLa ląstelės, kaip ir kitos ląstelių linijos, yra laikomos "nemirtingomis", nes ląstelių kultūrų kolbose jos gali dalytis neribotą laiką, jei tik palaikomos pirminės ląstelių išlikimo sąlygos (t. y. palaikomos ir prižiūrimos tinkamoje aplinkoje). Yra daug HeLa ląstelių atmainų, nes ląstelių kultūrose jos nuolat mutuoja, tačiau visos jos yra kilusios iš tų pačių Lackso naviko ląstelių. Ląstelių kultūrose padaugintų HeLa ląstelių skaičius gerokai viršija Henrietos Lacks organizme rastų ląstelių skaičių.
HeLa ląstelių gamyba, kokybės kontrolė ir galiojimo laikas
HeLa ląstelės gali būti kultivuojamos ir surenkamos naudojant standartinius ląstelių kultūrų metodus esant maždaug 80-90 % susiliejimui. Ląstelėmis palyginti paprasta manipuliuoti ir jas galima auginti įvairiomis sąlygomis.
Kaip atšildyti užšaldytas HeLa ląsteles
- Įstatykite kriokamerą į antibakterinę 37 °C temperatūros vandens vonelę su švariu vandeniu.
- Greitai atšildykite 40-60 sekundžių. Buteliuką reikia išimti ir perkelti į sterilią srauto spintą.
- Buteliuką nuvalykite 70 % alkoholiu ir ląstelių suspensiją perkelkite į 15 ml centrifugos mėgintuvėlį, kuriame yra 8 ml auginimo terpės.
- Atgaivinkite ląsteles, centrifuguokite 300 x g greičiu tris minutes, o supernatantą išmeskite (jei iš karto necentrifuguojate, praskieskite terpe ir pašalinkite šaldymo terpę po 24 valandų).
- Perkelkite ląsteles, suspenduotas 10 ml naujos terpės, į dvi T25 ląstelių kultūrų kolbas.
HeLa ląstelių subkultūrinimas
- Pašalinkite seną terpę iš ląstelių kultūrų kolbos.
- Nuplaukite prilipusias ląsteles naudodami PBS be kalcio ir magnio. Naudokite 3-5 ml PBS T25 ir 5-10 ml T75 ląstelių kultūrų kolboms.
- Į ląstelių kultūros kolbą įpilkite "Accutase". Naudokite 1-2 ml vienai T25 ir 2,5 ml vienai T75 ląstelių kultūrų kolbai. Užtikrinkite, kad ląstelių lakštas būtų visiškai padengtas.
- Inkubuokite ląstelių kultūros kolbą aplinkos temperatūroje 8-10 minučių.
- Atsargiai permaišykite ląsteles su terpe. Įpilkite 10 ml terpės ir švelniai pipete aukštyn ir žemyn suskirstykite ląstelių sankaupas.
- Ląstelių suspensiją 3 minutes centrifuguokite 300 x g greičiu.
- Ląstelės iš naujo sutirštinamos šviežioje terpėje.
- Resuspenduotas ląsteles išpilstykite į naujas ląstelių kultūrų kolbas su šviežia terpe.
- Ilgalaikiam saugojimui ląsteles laikykite skystame azote.
Atlikę šiuos veiksmus, galite subkultūruoti ląsteles ir išlaikyti sveiką ląstelių kultūrą būsimiems eksperimentams.