Komórki HeLa: Rewolucja w badaniach naukowych
Od czasu ich odkrycia w 1951 roku, komórki Hela, szczep unieśmiertelnionych komórek nazwany na cześć Henrietty Lacks, są szeroko stosowane w badaniach naukowych. U Henrietty Lacks, 31-letniej Afroamerykanki, matki pięciorga dzieci, zdiagnozowano raka szyjki macicy w tym samym roku, w którym zmarła. George Otto Gey, dyrektor Tissue Culture Laboratory w Johns Hopkins Hospital, zebrał i namnożył jej komórki raka szyjki macicy, które okazały się wyjątkowo odporne i płodne, umożliwiając ich szerokie zastosowanie w badaniach naukowych. W przeciwieństwie do innych ludzkich komórek, komórki HeLa można było utrzymywać i namnażać in vitro, co stanowiło znaczny postęp w badaniach medycznych.
Historia i oś czasu komórek Hela
Henrietta Lacks, czarnoskóra hodowczyni tytoniu, została zabrana do szpitala Johns Hopkins w 1951 roku z powodu nieprawidłowego krwawienia z pochwy, a następnie poddana leczeniu raka szyjki macicy. Jej pierwsza terapia polegała na pobraniu próbek tkanki z szyjki macicy bez jej zgody. W wyniku biopsji szyjki macicy uzyskano próbki tkanek do badania klinicznego George'a Otto Geya, które zostały zbadane w laboratorium hodowli tkanek. W przeciwieństwie do wcześniejszych próbek, asystent laboratoryjny Geya zauważył, że komórki podwajały się co 20-24 godziny i szybko rosły. Gey rozmnożył komórki raka szyjki macicy tuż przed śmiercią Lacks i były one pierwszą żywą ludzką linią komórkową in vitro. Komórki zostały nazwane od dwóch pierwszych liter imienia i nazwiska Henrietty Lacks i były przekazywane każdemu naukowcowi, który poprosił o nie w celu przyspieszenia badań.
Mimo że komórki zostały pobrane bez zgody Lacks lub jej rodziny, zgoda nie była ani konieczna, ani powszechnie wymagana w tamtym czasie. Nie było obowiązku ostrzegania pacjentów lub członków ich rodzin, że wyrzucone lub uzyskane chirurgicznie materiały są własnością lekarza lub placówki medycznej. W latach 70-tych, publiczny przeciek ujawnił prawdziwe imię Henrietty, a rodzina Lacksów została poproszona o próbki DNA, aby pomóc w identyfikacji skażonych linii komórkowych. Linia komórkowa HeLa pochodzi z próbki tkanki szyjki macicy Lacks i została namnożona w hodowli komórkowej w stopniu znacznie przekraczającym całkowitą liczbę komórek w jej ciele. Istnieje kilka szczepów komórek HeLa, które nadal mutują w kulturach komórkowych, ale wszystkie są potomkami komórek nowotworowych pobranych od Lacks.
Naprawianie historycznych krzywd
Narracja otaczająca Henriettę Lacks i pozyskanie komórek HeLa bez jej wiedzy lub zgody zapoczątkowała dyskurs na temat etyki badań medycznych i ochrony praw jednostki, w szczególności w odniesieniu do wykorzystania ludzkich materiałów biologicznych w nauce. Henrietta Lacks nieświadomie stała się źródłem pierwszej nieśmiertelnej linii ludzkich komórek, która od tego czasu doprowadziła do niezliczonych przełomów naukowych. Uświadomienie sobie tego etycznego wykroczenia stało się katalizatorem zmiany w kierunku bardziej rygorystycznych procesów wyrażania zgody i zwiększonej świadomości moralnych zobowiązań badaczy. Sprawa ta nie tylko podkreśliła potrzebę reformy praktyk badawczych, ale także wywołała szerszą dyskusję na temat sprawiedliwości, szacunku i uznania w badaniach medycznych, prowadząc do wysiłków na rzecz naprawienia przeszłych niesprawiedliwości i zapewnienia, że osoby przyczyniające się do postępu naukowego są uznawane i traktowane z godnością.
Thermo Fisher i komórki HeLa
Pozew przeciwko firmie biotechnologicznej Thermo Fisher Scientific związany z komórkami HeLa był zakorzeniony w głębszej debacie etycznej i prawnej na temat komercjalizacji materiałów biologicznych pochodzących od osób fizycznych bez ich zgody. Sprawa koncentrowała się wokół linii komórkowej HeLa, która doprowadziła do znaczących przełomów naukowych, w tym opracowania szczepionki przeciwko polio i postępów w leczeniu raka.
Pozew ujawnił kilka kwestii etycznych: prawa jednostek i ich rodzin do ich materiałów biologicznych, historyczny kontekst pobierania próbek od zmarginalizowanych osób bez zgody oraz odpowiedzialność firm korzystających z takich materiałów. Sprawa przeciwko Thermo Fisher Scientific podkreśliła potrzebę jaśniejszej polityki i standardów etycznych dotyczących wykorzystywania ludzkich materiałów biologicznych w badaniach i handlu, zapewniając poszanowanie praw jednostek i sprawiedliwy podział korzyści wynikających z odkryć naukowych.
Aby uzyskać szczegółowe informacje na temat początków, batalii prawnych i rozstrzygnięć dotyczących komórek HeLa, zapoznaj się z naszym artykułem"Komórki HeLa: Historia, pozwy sądowe i ugody"
Fascynująca charakterystyka komórek HeLa
Komórki HeLa są łatwe w hodowli i szybko się namnażają, a także są znane ze swojej wysokiej podatności na infekcje wirusowe. Są one szczególnie podatne na ludzki adenowirus 3, wirus zapalenia mózgu i mięśnia sercowego oraz wirus polio 1, 2 i 3. Ta cecha sprawia, że komórki HeLa są niezbędne do badania replikacji, składania i patogenezy tych wirusów oraz opracowywania nowych strategii przeciwwirusowych. Ponadto komórki HeLa są szeroko stosowane jako gospodarze transfekcji do badania funkcji i regulacji genów, produkcji białek rekombinowanych i terapii genowej.
- Nawet w przypadku komórek nowotworowych, komórki HeLa mają nienormalnie wysoki wskaźnik proliferacji komórek i nieograniczoną długość życia, co czyni je doskonałymi do badań naukowych.
- Komórki HeLa mają aktywną formę telomerazy, umożliwiającą nieograniczony podział komórek i nieśmiertelność.
- Komórki HeLa pokonują limit Hayflicka, czyli maksymalną liczbę podziałów komórkowych, które większość normalnych komórek może przejść przed starzeniem się.
- Komórki HeLa mają hipertriploidalną liczbę chromosomów (3n+). Średnia liczba chromosomów w komórkach HeLa wynosi 82, ale może wahać się od 70 do 164 (zamiast standardowej diploidalnej liczby 46). Chromosomy te określane są jako "chromosomy sygnaturowe HeLa". Komórki Hela mają złożony kariotyp charakteryzujący się wysokim stopniem aneuploidii i rearanżacji strukturalnych. Komórki HeLa mają mały telocentryczny chromosom w 98% komórek i 100% aneuploidii w 1385 badanych komórkach. Te nieprawidłowości chromosomalne odgrywają istotną rolę w szybkim tempie wzrostu i nieśmiertelności komórek HeLa, a także są związane z rakiem szyjki macicy.
- Ze względu na horyzontalny transfer genów z wirusa brodawczaka ludzkiego 18 (HPV18) do ludzkich komórek szyjki macicy, komórki HeLa mają inny genom niż komórki Henrietty Lacks.
Struktura komórek HeLa
Komórki HeLa mają średnicę 10-20 µm, w zależności od warunków hodowli. Większość komórek ssaków ma średnicę od 10 do 100 µm. Jedna z najmniejszych ludzkich komórek, czerwone krwinki, ma średnicę około 8 µm. Z drugiej strony, komórki włókien mięśniowych i neurony mogą być bardzo długie.
Postępy w badaniach dzięki komórkom HeLa
Komórki HeLa były sercem znaczących postępów badawczych, w tym odkryć w genetyce, wirusologii i rozwoju terapeutycznym. Linia komórkowa HeLa została wykorzystana do badania raka, AIDS, skutków promieniowania i toksyn, mapowania genów i niezliczonych innych przedsięwzięć naukowych. Opublikowano ponad 60 000 artykułów naukowych na temat badań HeLa, a ich liczba wzrasta o ponad 300 miesięcznie.
Eliminacja polio
W latach 50. Jonas Salk przetestował pierwszą szczepionkę przeciwko polio przy użyciu komórek HeLa. Komórki te były podatne na zakażenie poliomyelitis, co skutkowało śmiercią zainfekowanych komórek. W rezultacie komórki HeLa były bardzo poszukiwane do testowania szczepionek przeciwko polio, ponieważ wyniki były łatwo dostępne.
Wirusologia
Komórki HeLa zostały zainfekowane wieloma wirusami, w tym HIV, Zika, opryszczki i świnki, w celu przetestowania i opracowania nowych szczepionek i leków. Dr Richard Axel odkrył, że komórki HeLa mogą zostać zainfekowane wirusem HIV poprzez dodanie białka CD4, dzięki czemu wirus może być badany. Komórki HeLa zostały wykorzystane do badania ekspresji wirusa brodawczaka E2 i apoptozy, a także odegrały istotną rolę w rozwoju szczepionek przeciwko wirusowi brodawczaka ludzkiego (HPV).
Rak
Komórki HeLa zostały wykorzystane do licznych badań nad rakiem, w tym hormonów steroidowych płciowych, takich jak estradiol, estrogen i receptory estrogenowe oraz związków estrogenopodobnych, takich jak kwercetyna i jej właściwości zapobiegające rakowi. Komórki HeLa zostały również wykorzystane do badania wpływu flawonoidów i przeciwutleniaczy z estradiolem na proliferację komórek nowotworowych.
Inne godne uwagi zastosowania obejmują
- Leczenie raka: Komórki Helaa miały kluczowe znaczenie w tworzeniu leków przeciwnowotworowych, takich jak kamptotecyna, zatwierdzony przez FDA środek farmaceutyczny do leczenia raka jajnika, płuc i szyjki macicy.
- Talidomid i szpiczak mnogi: Komórki HeLa zostały wykorzystane do zilustrowania, w jaki sposób lek talidomid, który początkowo był stosowany na poranne mdłości, może powodować wrodzone niepełnosprawności, co doprowadziło do jego zastosowania w leczeniu szpiczaka mnogiego.
- Zrozumienie HIV i AIDS: Odkrycie, że HIV ma trudności z infekowaniem komórek HeLa, poprawiło zrozumienie wirusa przez naukowców, otwierając drzwi do opracowania leków na HIV i AIDS.
- Starzenie się komórek: Komórki HeLa umożliwiły naukowcom zbadanie biologii starzenia się i chorób, które powodują przedwczesne starzenie się, prowadząc do odkrycia regenerowalnych chromosomów, które zapobiegają degeneracji i uszkodzeniom komórek w czasie.
- Zaburzenia krwi: Komórki HeLa zostały wykorzystane do oceny skuteczności hydroksymocznika przeciwko różnym nowotworom krwi i anemii; hydroksymocznik jest obecnie stosowany w leczeniu choroby sierpowatej i nowotworów białych krwinek.
- Promieniowanie rentgenowskie: W 1956 roku naukowcy wykorzystali komórki HeLa do zbadania wpływu promieniowania rentgenowskiego na żywe organizmy, uzyskując lepsze zrozumienie zagrożeń związanych z wysokimi i powtarzającymi się dawkami promieniowania z medycznych aparatów rentgenowskich.
- Innowacyjne odkrycia: Komórki HeLa odegrały kluczową rolę w kilku znaczących odkryciach w biologii, prowadząc do postępów w dziedzinie leków przeciwnowotworowych, wiedzy na temat HIV/AIDS i nie tylko.
- Starzenie się komórek: Naukowcy wykorzystujący komórki HeLa otrzymali Nagrodę Nobla za odkrycia dotyczące starzenia się komórek i zapobiegania ich degeneracji i uszkodzeniom w miarę upływu czasu.
Poznaj komórki HeLa i ich pochodne
Czym są potencjalnie unieśmiertelnione komórki?
Unieśmiertelnione linie komórkowe to komórki, które zostały zmodyfikowane w taki sposób, że dzielą się w sposób ciągły i mogą być hodowane przez długi czas. Pochodzą one ze źródeł z nieprawidłowościami chromosomalnymi lub mutacjami i mogą pochodzić z nowotworów. Aby kontynuować wzrost, naukowcy dzielą niektóre komórki na nowe naczynia do hodowli komórkowej i namnażają je do dalszych eksperymentów.
Komórki HeLa, podobnie jak inne linie komórkowe, są uważane za "nieśmiertelne", ponieważ mogą dzielić się w nieskończoność w kolbach hodowli komórkowej, o ile utrzymywane są podstawowe warunki przetrwania komórek (tj. wspierane i pielęgnowane w odpowiednim środowisku). Istnieje wiele szczepów komórek HeLa, ponieważ mutują one w hodowlach komórkowych, ale wszystkie wywodzą się z tych samych komórek nowotworowych Lacksa. Liczba komórek HeLa rozmnażanych w hodowlach komórkowych znacznie przekracza liczbę komórek znalezionych w ciele Henrietty Lacks.
Produkcja komórek HeLa, kontrola jakości i okres przechowywania
Komórki HeLa mogą być hodowane i zbierane przy użyciu standardowych metod hodowli komórkowej przy około 80-90% konfluencji. Komórki są stosunkowo łatwe w obróbce i mogą być hodowane w różnych warunkach.
Jak rozmrozić zamrożone komórki HeLa
- Umieścić kriofiolkę w antybakteryjnej łaźni wodnej o temperaturze 37°C z czystą wodą.
- Szybko rozmrażać przez 40 do 60 sekund. Fiolkę należy wyjąć i przenieść do sterylnej komory przepływowej.
- Przetrzeć fiolkę 70% alkoholem i przenieść zawiesinę komórek do 15 ml probówki wirówkowej zawierającej 8 ml podłoża hodowlanego.
- Odtworzyć komórki, odwirować z prędkością 300 x g przez trzy minuty i odrzucić supernatant (alternatywnie, rozcieńczyć pożywką i usunąć pożywkę zamrażającą 24 godziny później, jeśli nie odwirować od razu).
- Przenieś komórki zawieszone w 10 ml nowej pożywki do dwóch kolb T25.
Subkulturowanie komórek HeLa
- Usunąć starą pożywkę z kolby do hodowli komórkowej.
- Przepłukać przylegające komórki używając PBS bez wapnia i magnezu. Użyj 3-5 ml PBS dla kolb T25 i 5-10 ml dla kolb T75.
- Dodać Accutase do kolby hodowli komórkowej. Użyć 1-2 ml na kolbę T25 i 2,5 ml na kolbę T75. Upewnić się, że arkusz komórek jest całkowicie pokryty.
- Inkubować kolbę hodowli komórkowej w temperaturze otoczenia przez 8-10 minut.
- Ostrożnie ponownie zawiesić komórki w pożywce. Dodać 10 ml pożywki i delikatnie pipetować w górę i w dół, aby rozbić agregaty komórek.
- Wirować zawiesinę komórek przez 3 minuty z prędkością 300 x g.
- Ponownie zawiesić komórki w świeżej pożywce.
- Przenieść ponownie zawieszone komórki do nowych kolb do hodowli komórkowej zawierających świeżą pożywkę.
- Przechowywać komórki w ciekłym azocie w celu długotrwałego przechowywania.
Postępując zgodnie z tymi krokami, można podhodować komórki i zachować zdrową kulturę komórkową do przyszłych eksperymentów.