HeLa šūnas: Revolūcija pētniecībā
Kopš to atklāšanas 1951. gadā Hela šūnas- Henrietas Lacksas vārdā nosaukto nemortalizēto šūnu celms - ir plaši izmantotas zinātniskajos pētījumos. Henriettai Lacks, 31 gadu vecai afroamerikānietei, piecu bērnu mātei, tajā pašā gadā, kad viņa nomira, tika diagnosticēts dzemdes kakla vēzis. Džordžs Otto Geijs, Džona Hopkinsa slimnīcas Audu kultūru laboratorijas direktors, savāca un pavairoja viņas dzemdes kakla karcinomas šūnas, kas izrādījās ārkārtīgi izturīgas un auglīgas, ļaujot tās plaši izmantot zinātniskajos pētījumos. Atšķirībā no citām cilvēka šūnām HeLa šūnas varēja uzturēt un pavairot in vitro, kas bija ievērojams sasniegums medicīnas pētniecībā.
Hela šūnu vēsture un laika grafiks
Melnādaino tabakas audzētāju Henrietu Lacksu 1951. gadā nogādāja Džona Hopkinsa slimnīcā nenormālas vaginālas asiņošanas dēļ un vēlāk ārstēja no dzemdes kakla vēža. Pirmā terapija izpaudās kā audu paraugu ņemšana no viņas dzemdes kakla bez viņas piekrišanas. Veicot dzemdes kakla biopsiju, tika iegūti audu paraugi Džordža Otto Geja klīniskajam izmeklējumam, kas tika pētīti audu kultūru laboratorijā. Atšķirībā no iepriekšējiem paraugiem Geja laboratorijas asistents pamanīja, ka šūnas dubultojas ik pēc 20-24 stundām un strauji paplašinās. Gejs pavairoja dzemdes kakla vēža šūnas tieši pirms Lacksas nāves, un tās bija pirmā dzīvotspējīgā cilvēka in vitro šūnu līnija. Šūnas tika nosauktas Henriettas Lacksas vārda un uzvārda pirmo divu burtu vārdā, un tās tika dotas jebkuram zinātniekam, kas tās pieprasīja, lai veicinātu pētniecību.
Lai gan šūnas tika iegūtas bez Lacksas vai viņas ģimenes atļaujas, tolaik atļauja nebija ne nepieciešama, ne arī parasti pieprasīta. Nebija pienākuma brīdināt pacientus vai viņu ģimenes locekļus, ka izmestie vai ķirurģiski iegūtie materiāli ir ārsta vai medicīnas iestādes īpašums. Pagājušā gadsimta 70. gados atklātībā nonāca informācija par Henriettas patieso vārdu, un Lacksu ģimenei lūdza DNS paraugus, lai palīdzētu identificēt inficētās šūnu līnijas. HeLa šūnu līnija radās no Lacksas dzemdes kakla audu parauga, un tā tika pavairota šūnu kultūrā tādā mērā, ka ievērojami pārsniedza kopējo šūnu skaitu viņas ķermenī. Pastāv vairāki HeLa šūnu celmi, jo tās turpina mutēt šūnu kultūrās, bet visas tās ir no Lacks iegūtās audzēja šūnas pēcteči.
Vēsturisko kļūdu novēršana
Stāsts par Henriettu Lacks un HeLa šūnu iegūšanu bez viņas ziņas vai piekrišanas ir izraisījis diskusiju par medicīnisko pētījumu prakses ētiku un indivīda tiesību aizsardzību, īpaši attiecībā uz cilvēka bioloģisko materiālu izmantošanu zinātnē. Henrieta Lacksa neapzināti kļuva par pirmās nemirstīgās cilvēka šūnu līnijas avotu, kas kopš tā laika ir veicinājusi neskaitāmus zinātnes atklājumus. Šī ētiskā pārkāpuma apzināšanās ir veicinājusi pāreju uz stingrākiem piekrišanas procesiem un pastiprinātu izpratni par pētnieku morālajiem pienākumiem. Šis gadījums ne tikai uzsvēra nepieciešamību reformēt pētniecības praksi, bet arī izraisīja plašāku sarunu par taisnīgumu, cieņu un atzīšanu medicīniskajā pētniecībā, kas noveda pie centieniem labot pagātnes netaisnību un nodrošināt, ka zinātnisko sasniegumu veicinātāji tiek atzīti un pret viņiem izturas ar cieņu.
Thermo Fisher un HeLa šūnas
Tiesvedība pret biotehnoloģiju uzņēmumu Thermo Fisher Scientific saistībā ar HeLa šūnām sakņojās dziļākās ētiskās un juridiskās debatēs par bioloģisko materiālu, kas iegūti no cilvēkiem bez viņu piekrišanas, komercializāciju. Lietas centrā bija HeLa šūnu līnija, kas veicināja nozīmīgus zinātniskus atklājumus, tostarp poliomielīta vakcīnas izstrādi un sasniegumus vēža ārstēšanā.
Tiesvedība aktualizēja vairākus ētiskus apsvērumus: indivīdu un viņu ģimeņu tiesības uz viņu bioloģiskajiem materiāliem, vēsturisko kontekstu, kādā bez piekrišanas tika ņemti paraugi no marginalizētām personām, un to uzņēmumu atbildību, kuri gūst labumu no šādiem materiāliem. Lieta pret Thermo Fisher Scientific uzsvēra nepieciešamību pēc skaidrākas politikas un ētiskiem standartiem attiecībā uz cilvēka bioloģisko materiālu izmantošanu pētniecībā un tirdzniecībā, nodrošinot indivīdu tiesību ievērošanu un taisnīgu labumu sadali no zinātniskiem atklājumiem.
Sīkāku informāciju par HeLa šūnu izcelsmi, juridiskajām cīņām un rezolūcijām, kas saistītas ar HeLa šūnām, meklējiet mūsu rakstā"HeLa šūnas:"Hela Hea" raksti "Vēsture, tiesas prāvas un izlīgumi"
Aizraujošas HeLa šūnu īpašības
HeLa šūnas ir viegli kultivējamas un ātri vairojas, un tās ir pazīstamas arī ar savu augsto uzņēmību pret vīrusu infekcijām. Tās ir īpaši uzņēmīgas pret cilvēka adenovīrusu 3, encefalomijokardīta vīrusu un poliovīrusu 1, 2 un 3. Šī īpašība padara HeLa šūnas ļoti svarīgas šo vīrusu replikācijas, montāžas un patoģenēzes izpētei un jaunu pretvīrusu stratēģiju izstrādei. Turklāt HeLa šūnas plaši izmanto kā transfekcijas saimniekorganismus gēnu funkcijas un regulācijas, rekombinantu proteīnu ražošanas un gēnu terapijas izpētei.
- Pat vēža šūnām HeLa šūnām ir neparasti augsts šūnu proliferācijas ātrums un neierobežots dzīves ilgums, kas padara tās lieliski piemērotas zinātniskiem pētījumiem.
- HeLa šūnās ir aktīva telomerāzes forma, kas nodrošina neierobežotu šūnu dalīšanos un nemirstību.
- HeLa šūnas pārvar Hayflick robežu, kas ir maksimālais šūnu dalīšanās skaits, ko lielākā daļa normālu šūnu var veikt, pirms tās kļūst novecojošas.
- HeLa šūnām ir hipertriploīds hromosomu skaits (3n+). Vidējais hromosomu skaits HeLa šūnās ir 82, bet var svārstīties no 70 līdz 164 (nevis standarta diploīdu skaits ir 46). Šīs hromosomas sauc par "HeLa raksturīgajām hromosomām". Hela šūnām ir sarežģīts kariotips, kam raksturīga augsta aneuploīdijas pakāpe un strukturālas pārkārtojuma izmaiņas. HeLa šūnās 98 % šūnu ir mazas telocentriskās hromosomas, bet 1385 pārbaudītajās šūnās aneuploīdija ir 100 %. Šīm hromosomu anomālijām ir būtiska nozīme HeLa šūnu straujā augšanā un nemirstībā, un tās ir saistītas arī ar dzemdes kakla vēzi.
- Cilvēka papilomas vīrusa 18 (HPV18) horizontālās gēnu pārneses dēļ uz cilvēka dzemdes kakla šūnām HeLa šūnām ir atšķirīgs genoms nekā Henriettas Lacksas šūnām.
HeLa šūnu struktūra
HeLa šūnu diametrs atkarībā no kultūras apstākļiem ir 10-20 µm. Lielākās daļas zīdītāju šūnu diametrs ir no 10 līdz 100 µm. Vienas no mazākajām cilvēka šūnām - eritrocītu - diametrs ir aptuveni 8 µm. No otras puses, muskuļu šķiedru šūnas un neironi var būt ļoti gari.
Pētniecības sasniegumi, pateicoties HeLa
HeLa šūnas ir bijušas nozīmīgu pētniecības sasniegumu pamatā, ieskaitot atklājumus ģenētikā, virusoloģijā un terapeitisko līdzekļu izstrādē. HeLa šūnu līnija ir izmantota vēža, AIDS, radiācijas un toksīnu iedarbības, gēnu kartēšanas un neskaitāmu citu zinātnisko pētījumu veikšanai. Par HeLa pētījumiem ir publicēti vairāk nekā 60 000 zinātnisko rakstu, un to skaits ik mēnesi pieaug par vairāk nekā 300.
Poliomielīta izskaušana
Pagājušā gadsimta 50. gados Džonass Salks izmēģināja pirmo poliomielīta vakcīnu, izmantojot HeLa šūnas. Šīs šūnas bija uzņēmīgas pret poliomielīta infekciju, kā rezultātā inficētās šūnas gāja bojā. Tāpēc HeLa šūnas bija ļoti pieprasītas poliomielīta vakcīnas testēšanai, jo rezultāti bija viegli pieejami.
Viroloģija
HeLa šūnas ir inficētas ar daudziem vīrusiem, tostarp HIV, Zika, herpesu un cūciņu, lai pārbaudītu un izstrādātu jaunas vakcīnas un zāles. Dr. Ričards Aksels atklāja, ka HeLa šūnas var inficēt ar HIV, pievienojot CD4 proteīnu, lai vīrusu varētu pētīt. HeLa šūnas ir izmantotas, lai pētītu papilomas vīrusa E2 ekspresiju un apoptozi, un tām ir bijusi būtiska nozīme arī cilvēka papilomas vīrusa (HPV) vakcīnu izstrādē.
Vēzis
HeLa šūnas ir izmantotas daudzos vēža pētījumos, tostarp dzimumsteroīdu hormonu, piemēram, estradiola, estrogēnu un estrogēnu receptoru, un estrogēniem līdzīgu savienojumu, piemēram, kvercetīna un tā vēža profilaktisko īpašību pētījumos. HeLa šūnas ir izmantotas arī flavonoīdu un antioksidantu ar estradiolu ietekmes uz vēža šūnu proliferāciju izpētei.
Citas ievērības cienīgas lietojumprogrammas ir šādas
- Vēža ārstēšana: Hela šūnas bija ļoti svarīgas, lai radītu pretvēža zāles, piemēram, kamptotecīnu, kas ir FDA apstiprināts medikaments olnīcu, plaušu un dzemdes kakla vēža ārstēšanai.
- Talidomīds un multiplā mieloma: HeLa šūnas tika izmantotas, lai parādītu, kā medikaments talidomīds, ko sākotnēji lietoja rīta slimošanas ārstēšanai, var izraisīt iedzimtu invaliditāti, kā rezultātā to sāka izmantot multiplās mielomas ārstēšanā.
- Izpratne par HIV un AIDS: Atklājums, ka HIV ir grūti inficēt HeLa šūnas, uzlaboja pētnieku izpratni par šo vīrusu, paverot iespēju izstrādāt HIV un AIDS zāles.
- Šūnu novecošanās: HeLa šūnas ļāva pētniekiem izpētīt novecošanās bioloģiju un slimības, kas izraisa priekšlaicīgu novecošanos, kā rezultātā tika atklātas reģenerējamas hromosomas, kas laika gaitā novērš šūnu deģenerāciju un bojājumus.
- Asinsdarbības traucējumi: HeLa šūnas tika izmantotas, lai novērtētu hidroksiurēzes efektivitāti pret dažādiem asins ļaundabīgiem audzējiem un anēmiju; hidroksiurēzi tagad izmanto sirpjveida šūnu slimības un balto asinsķermenīšu ļaundabīgu audzēju ārstēšanā.
- Rentgena stari: 1956. gadā zinātnieki izmantoja HeLa šūnas, lai pētītu rentgena starojuma ietekmi uz dzīviem organismiem, tādējādi gūstot labāku izpratni par medicīnā lietojamo rentgena staru lielu un atkārtotu starojuma devu bīstamību.
- Inovatīvi atklājumi: HeLa šūnām ir bijusi izšķiroša nozīme vairākos nozīmīgos atklājumos bioloģijā, kas ļāva gūt panākumus vēža ārstēšanā, zināšanās par HIV/AIDS u. c. jomā.
- Šūnu novecošanās: Pētnieki, kas izmantoja HeLa šūnas, saņēma Nobela prēmiju par atklājumiem par šūnu novecošanos un šūnu deģenerācijas un bojājumu novēršanu laika gaitā.
Izpētīt HeLa šūnas un to atvasinājumus
Kas ir potenciāli imortizētas šūnas?
Nemortalizētas šūnu līnijas ir šūnas, kas ir pārveidotas tā, lai tās dalītos nepārtraukti un tās varētu audzēt ilgu laiku. Tās nāk no avotiem ar hromosomu anomālijām vai mutācijām, un tās var būt iegūtas no audzējiem. Lai turpinātu augšanu, zinātnieki dažas šūnas sadala jaunos šūnu kultūru traukos un pavairo tās turpmākajiem eksperimentiem.
HeLa šūnas, tāpat kā citas šūnu līnijas, tiek uzskatītas par "nemirstīgām", jo tās var dalīties bezgalīgi ilgi šūnu kultūru kolbās, ja vien tiek uzturēti primāri šūnu izdzīvošanas apstākļi (t. i., tiek uzturētas un aprūpētas atbilstošā vidē). Pastāv daudzi HeLa šūnu celmi, jo tās turpina mutēt šūnu kultūrās, bet tās visas ir iegūtas no vienas un tās pašas Lacks audzēja šūnas. Šūnu kultūrās pavairoto HeLa šūnu skaits ievērojami pārsniedz Henrietas Lacksas ķermenī atrasto šūnu skaitu.
HeLa šūnu ražošana, kvalitātes kontrole un glabāšanas laiks
HeLa šūnas var kultivēt un ievākt, izmantojot standarta šūnu kultūru metodes, ja to konfluence ir aptuveni 80-90 %. Šūnas ir salīdzinoši vienkārši manipulējamas, un tās var kultivēt dažādos apstākļos.
Kā atkausēt saldētas HeLa šūnas
- Ievietojiet krioviciālu antibakteriālā 37 °C ūdens vannā ar tīru ūdeni.
- Ātri atkausējiet 40 līdz 60 sekundes. Flakons jāizņem un jāpārnes uz sterilu plūsmas skapi.
- Noslaukiet flakonu ar 70 % spirtu un pārnesiet šūnu suspensiju 15 ml centrifūgas mēģenē, kurā ir 8 ml barotnes.
- Atjaunot šūnas, centrifugēt ar 300 x g trīs minūtes un izlietot supernatantu (ja necentrifugē uzreiz, atšķaidīt ar barotni un pēc 24 stundām noņemt sasaldēšanas barotni).
- Šūnas, kas suspendētas 10 ml jaunas barotnes, pārvietot divās T25 šūnu kultūru kolbās.
HeLa šūnu subkultivēšana
- Noņemt veco barotni no šūnu kultūras kolbas.
- Noskalojiet pielipušās šūnas, izmantojot PBS bez kalcija un magnija. T25 šūnu kultūru kolbām izmantojiet 3-5 ml PBS, bet T75 šūnu kultūru kolbām - 5-10 ml PBS.
- Pievienojiet Accutase šūnu kultūru kolbā. Izmantojiet 1-2 ml uz T25 un 2,5 ml uz T75 šūnu kultūru kolbu. Pārliecinieties, ka šūnu kārta ir pilnībā pārklāta.
- Inkubējiet šūnu kultūru kolbu istabas temperatūrā 8-10 minūtes.
- Uzmanīgi resuspendējiet šūnas ar barotni. Pievienojiet 10 ml barotnes un uzmanīgi pipetējiet augšup un lejup, lai izjauktu šūnu agregātus.
- Centrifugēt šūnu suspensiju 3 minūtes ar 300 x g.
- No jauna suspendēt šūnas svaigā barotnē.
- Resuspendētās šūnas iepildīt jaunās šūnu kultūru kolbās, kurās ir svaiga barotne.
- Glabāt šūnas šķidrā slāpeklī ilgstošai uzglabāšanai.
Veicot šīs darbības, varat subkulturēt šūnas un saglabāt veselu šūnu kultūru turpmākajiem eksperimentiem.