HeLa-celler: Revolutionerande forskning
Hela-celler, en stam av odödliga celler som fått sitt namn efter Henrietta Lacks, har sedan de upptäcktes 1951 använts flitigt i vetenskapliga studier. Henrietta Lacks, en 31-årig afroamerikansk fembarnsmamma, diagnostiserades med livmoderhalscancer samma år som hon dog. George Otto Gey, chef för Tissue Culture Laboratory vid Johns Hopkins Hospital, samlade in och förökade hennes livmoderhalscancerceller, som visade sig vara exceptionellt motståndskraftiga och produktiva, vilket möjliggjorde en bred användning av dem inom vetenskaplig forskning. Till skillnad från andra mänskliga celler kunde HeLa-cellerna bevaras och förökas in vitro, vilket innebar ett stort framsteg inom den medicinska forskningen.
Hela-cellernas historia och tidslinje
Henrietta Lacks, en svart tobaksodlare, fördes 1951 till Johns Hopkins Hospital för onormal vaginal blödning och fick senare behandling för livmoderhalscancer. Hennes första behandling bestod i att man utan hennes samtycke tog vävnadsprover från hennes livmoderhals. Biopsin från livmoderhalsen gav vävnadsprover för George Otto Geys kliniska undersökning, vilka studerades i vävnadsodlingslaboratoriet. Till skillnad från tidigare prover noterade Geys laboratorieassistent att cellerna fördubblades var 20-24:e timme och expanderade snabbt. Gey uppförökade livmoderhalscancercellerna strax före Lacks död, och de var den första livskraftiga mänskliga in vitro-cellinjen. Cellerna döptes efter de två första bokstäverna i Henrietta Lacks för- och efternamn och gavs till alla forskare som begärde dem för att främja forskningen.
Även om cellerna samlades in utan Lacks eller hennes familjs tillstånd, var tillstånd varken nödvändigt eller vanligt förekommande vid den tiden. Det fanns ingen skyldighet att varna patienter eller deras familjemedlemmar för att kasserat eller kirurgiskt utvunnet material var läkarens eller vårdinrättningens egendom. På 1970-talet avslöjades Henriettas riktiga namn genom en offentlig läcka, och familjen Lacks ombads lämna DNA-prover för att hjälpa till att identifiera kontaminerade cellinjer. HeLa-cellinjen härstammar från ett prov av Lacks livmoderhalsvävnad och har mångfaldigats i cellkultur i en omfattning som vida överstiger det totala antalet celler i hennes kropp. Det finns flera stammar av HeLa-celler som fortsätter att mutera i cellkulturer, men alla är ättlingar till de tumörceller som extraherades från Lacks.
Att ta itu med historiska felaktigheter
Berättelsen om Henrietta Lacks och utvinningen av HeLa-celler utan hennes vetskap eller samtycke har satt igång en diskussion om etiken i medicinsk forskning och skyddet av individens rättigheter, särskilt när det gäller användningen av biologiskt material från människor inom vetenskapen. Henrietta Lacks blev omedvetet källan till den första odödliga mänskliga cellinjen, som sedan dess har lett till otaliga vetenskapliga genombrott. Insikten om detta etiska övertramp har katalyserat en utveckling mot mer rigorösa samtyckesprocesser och en ökad medvetenhet om forskarnas moraliska skyldigheter. Detta fall har inte bara belyst behovet av reformer i forskningspraxis utan också gett upphov till en bredare diskussion om rättvisa, respekt och erkännande inom medicinsk forskning, vilket har lett till insatser för att rätta till tidigare orättvisor och säkerställa att de som bidrar till vetenskapliga framsteg erkänns och behandlas med värdighet.
Thermo Fisher och HeLa-celler
Stämningen mot bioteknikföretaget Thermo Fisher Scientific rörande HeLa-celler hade sin grund i en djupare etisk och juridisk debatt om kommersialisering av biologiskt material som härrör från individer utan deras samtycke. Fallet handlade om HeLa-cellinjen, som ledde till betydande vetenskapliga genombrott, bland annat utvecklingen av poliovaccinet och framsteg inom cancerbehandling.
Stämningen belyste flera etiska överväganden: individers och deras familjers rätt till sitt biologiska material, den historiska bakgrunden till att ta prover från marginaliserade individer utan deras samtycke samt ansvaret för företag som drar nytta av sådant material. Fallet mot Thermo Fisher Scientific belyste behovet av tydligare policyer och etiska normer för användningen av biologiskt material från människor inom forskning och handel, för att säkerställa respekten för individers rättigheter och en rättvis fördelning av de fördelar som vetenskapliga upptäckter ger upphov till.
För en detaljerad genomgång av ursprunget, de juridiska striderna och uppgörelserna kring HeLa-cellerna, se vår artikel"HeLa Cells: Historia, stämningar och förlikningar."
Fascinerande egenskaper hos HeLa-celler
HeLa-celler är lätta att odla och förökar sig snabbt och är också kända för sin höga känslighet för virusinfektioner. De är särskilt mottagliga för humant adenovirus 3, encefalomyokarditvirus och poliovirus 1, 2 och 3. Denna egenskap gör HeLa-cellerna viktiga för att studera dessa virus replikation, sammansättning och patogenes och för att utveckla nya antivirala strategier. Dessutom används HeLa-celler ofta som transfektionsvärdar för att studera geners funktion och reglering, rekombinant proteinproduktion och genterapi.
- Även för cancerceller har HeLa-celler en onormalt hög cellproliferationshastighet och obegränsad livslängd, vilket gör dem utmärkta för vetenskapliga undersökningar.
- HeLa-celler har en aktiv telomerasform, vilket möjliggör obegränsad celldelning och odödlighet.
- HeLa-cellerna övervinner Hayflick-gränsen, det maximala antalet celldelningar som de flesta normala celler kan genomgå innan de blir senescenta.
- HeLa-celler har ett hypertriploid kromosomantal (3n+). Det genomsnittliga kromosomantalet i HeLa-celler är 82, men kan variera från 70 till 164 (i stället för det diploida standardantalet 46). Dessa kromosomer kallas "HeLa-signaturkromosomer". Hela-celler har en komplex karyotyp som kännetecknas av en hög grad av aneuploidi och strukturella omarrangemang. HeLa-celler har en liten telocentrisk kromosom i 98% av cellerna och 100% aneuploidi i 1385 undersökta celler. Dessa kromosomavvikelser spelar en viktig roll för HeLa-cellernas snabba tillväxttakt och odödlighet och är också förknippade med livmoderhalscancer.
- På grund av horisontell genöverföring från humant papillomvirus 18 (HPV18) till humana livmoderhalsceller har HeLa-cellerna ett annat genom än Henrietta Lacks.
HeLa-cellernas struktur
HeLa-celler har en diameter på 10 - 20 µm, beroende på odlingsförhållandena. De flesta däggdjursceller har en diameter på mellan 10 och 100 µm. En av de minsta mänskliga cellerna, de röda blodkropparna, har en diameter på ca 8 µm. Å andra sidan kan muskelfiberceller och nervceller vara extremt långa.
Forskningsframsteg tack vare HeLa
HeLa-celler har legat till grund för betydande forskningsframsteg, inklusive upptäckter inom genetik, virologi och terapeutisk utveckling. HeLa-cellinjen har använts för att studera cancer, AIDS, effekterna av strålning och toxiner, genkartläggning och otaliga andra vetenskapliga studier. Över 60.000 vetenskapliga artiklar har publicerats om HeLa-forskning, och antalet ökar med mer än 300 varje månad.
Utrotning av polio
På 1950-talet testade Jonas Salk det första poliovaccinet med hjälp av HeLa-celler. Dessa celler var mottagliga för poliomyelitinfektion, vilket ledde till att de infekterade cellerna dog. HeLa-celler var därför mycket efterfrågade för testning av poliovaccin eftersom resultaten var lättillgängliga.
Virologi
HeLa-celler har infekterats med många olika virus, bland annat HIV, Zika, herpes och påssjuka, för att testa och utveckla nya vacciner och läkemedel. Dr Richard Axel upptäckte att HeLa-celler kan infekteras med HIV genom att tillföra CD4-proteinet så att viruset kan studeras. HeLa-celler har använts för att undersöka papillomavirus E2-uttryck och apoptos, och de har också spelat en viktig roll i utvecklingen av vacciner mot humant papillomvirus (HPV).
Cancer
HeLa-celler har använts för många cancerstudier, bland annat av könssteroidhormoner som östradiol, östrogen och östrogenreceptorer samt östrogenliknande föreningar som quercetin och dess cancerförebyggande egenskaper. HeLa-celler har också använts för att studera effekterna av flavonoider och antioxidanter med östradiol på cancercellers spridning.
Andra anmärkningsvärda tillämpningar inkluderar
- Cancerbehandlingar: Hela-celler var avgörande för att skapa cancerläkemedel, t.ex. camptothecin, ett FDA-godkänt läkemedel för behandling av äggstocks-, lung- och livmoderhalscancer.
- Thalidomid och multipelt myelom: HeLa-celler användes för att illustrera hur läkemedlet talidomid, som ursprungligen användes mot morgonillamående, kan orsaka medfödda handikapp, vilket ledde till att det användes för behandling av multipelt myelom.
- Förståelse för HIV och AIDS: Avslöjandet att HIV hade svårt att infektera HeLa-celler förbättrade forskarnas förståelse av viruset, vilket öppnade dörren för utveckling av läkemedel mot HIV och AIDS.
- Cellulärt åldrande: HeLa-celler har gjort det möjligt för forskare att utforska åldrandets biologi och de sjukdomar som orsakar för tidigt åldrande, vilket har lett till upptäckten av regenererbara kromosomer som förhindrar cellulär degeneration och skada över tiden.
- Blodsjukdomar: HeLa-celler användes för att utvärdera effektiviteten hos hydroxyurea mot olika maligniteter i blodet och anemi; hydroxyurea används nu för att behandla sicklecellsjukdom och maligniteter i de vita blodkropparna.
- Röntgenstrålning: År 1956 använde forskare HeLa-celler för att undersöka effekterna av röntgenstrålning på levande organismer och fick en bättre förståelse för farorna med höga och återkommande doser av strålning från medicinsk röntgen.
- Innovativa upptäckter: HeLa-celler har spelat en avgörande roll i flera betydande upptäckter inom biologin, vilket har lett till framsteg inom cancerläkemedel, kunskap om HIV/AIDS med mera.
- Cellulärt åldrande: Forskare som använde sig av HeLa-celler tilldelades Nobelpriset för sina upptäckter om cellåldrande och förebyggande av celldegeneration och skador över tid.
Utforska HeLa-celler och deras derivat
Vad är potentiellt odödliga celler?
Immortaliserade cellinjer är celler som har modifierats så att de delar sig kontinuerligt och kan odlas under långa perioder. De kommer från källor med kromosomavvikelser eller mutationer och kan härledas från tumörer. För att fortsätta tillväxten delar forskarna upp en del av cellerna i nya cellkulturkärl och mångfaldigar dem för ytterligare experiment.
HeLa-celler, liksom andra cellinjer, anses vara "odödliga" eftersom de kan dela sig i det oändliga i cellodlingsflaskor så länge de primära förutsättningarna för cellöverlevnad upprätthålls (dvs. stöd och vård i en lämplig miljö). Det finns många olika stammar av HeLa-celler eftersom de hela tiden muterar i cellkulturer, men de härstammar alla från samma tumörceller från Lacks. Antalet HeLa-celler som förökats i cellkulturer överstiger vida det antal som fanns i Henrietta Lacks kropp.
Tillverkning, kvalitetskontroll och hållbarhet för HeLa-celler
HeLa-celler kan odlas och skördas med hjälp av vanliga cellodlingsmetoder vid cirka 80-90% konfluens. Cellerna är relativt enkla att manipulera och kan odlas i olika miljöer.
Hur man tinar frysta HeLa-celler
- Placera kryovialen i ett antibakteriellt 37°C vattenbad med rent vatten.
- Tina snabbt under 40 till 60 sekunder. Ampullen ska tas ut och överföras till ett sterilt flödesskåp.
- Torka av flaskan med 70% alkohol och överför cellsuspensionen till ett 15 ml centrifugrör som innehåller 8 ml odlingsmedium.
- Rekonstituera cellerna, centrifugera vid 300 x g i tre minuter och kassera supernatanten (alternativt späd med medium och avlägsna frysmediet 24 timmar senare om du inte centrifugerar direkt).
- Överför cellerna suspenderade i 10 ml nytt odlingsmedium till två T25-cellodlingskolvar.
Subkultur av HeLa-celler
- Avlägsna det gamla mediet från cellodlingskolven.
- Skölj de vidhäftande cellerna med PBS utan kalcium och magnesium. Använd 3-5 ml PBS för T25-cellodlingskolvar och 5-10 ml för T75-cellodlingskolvar.
- Tillsätt Accutase till cellodlingskolven. Använd 1-2 ml per T25- och 2,5 ml per T75-cellodlingskolv. Se till att cellarket är helt täckt.
- Inkubera cellodlingsflaskan vid rumstemperatur i 8-10 minuter.
- Resuspendera cellerna försiktigt med mediet. Tillsätt 10 ml medium och pipettera försiktigt upp och ner för att bryta upp cellaggregat.
- Centrifugera cellsuspensionen i 3 minuter vid 300 x g.
- Resuspendera cellerna i färskt medium.
- Dispendera de resuspenderade cellerna i nya cellodlingsflaskor som innehåller färskt medium.
- Förvara cellerna i flytande kväve för långtidsförvaring.
Genom att följa dessa steg kan du subkultivera celler och bibehålla en frisk cellkultur för framtida experiment.