Bunky HeLa: Revolučný výskum
Od svojho objavu v roku 1951 sa Hela bunky, kmeň nesmrteľných buniek pomenovaný po Henriette Lacksovej, vo veľkej miere využívajú vo vedeckých štúdiách. Henriette Lacksovej, 31-ročnej afroamerickej matke piatich detí, diagnostikovali rakovinu krčka maternice v tom istom roku, keď zomrela. George Otto Gey, riaditeľ laboratória tkanivových kultúr v nemocnici Johnsa Hopkinsa, zozbieral a rozmnožil jej bunky karcinómu krčka maternice, ktoré sa ukázali ako mimoriadne odolné a plodné, čo umožnilo ich široké využitie vo vedeckom výskume. Na rozdiel od iných ľudských buniek sa HeLa bunky dali udržiavať a množiť in vitro, čo predstavovalo významný pokrok v lekárskom výskume.
História a časová os buniek Hela
Henrietta Lacksová, černošská pestovateľka tabaku, bola v roku 1951 pre abnormálne vaginálne krvácanie prevezená do nemocnice Johnsa Hopkinsa a neskôr sa liečila na rakovinu krčka maternice. Jej prvá liečba spočívala v odbere vzoriek tkaniva z krčka maternice bez jej súhlasu. Biopsia krčka maternice priniesla vzorky tkaniva na klinické vyšetrenie Georgeovi Otto Geyovi, ktoré sa skúmali v laboratóriu tkanivových kultúr. Na rozdiel od predchádzajúcich vzoriek si Geyov laboratórny asistent všimol, že bunky sa zdvojnásobujú každých 20 až 24 hodín a rýchlo sa zväčšujú. Gey rozmnožil bunky rakoviny krčka maternice tesne pred Lacksovou smrťou a boli prvou životaschopnou ľudskou bunkovou líniou in vitro. Bunky boli pomenované podľa prvých dvoch písmen mena a priezviska Henrietty Lacksovej a boli poskytované každému vedcovi, ktorý o ne požiadal, aby mohol pokročiť vo výskume.
Aj keď boli bunky získané bez súhlasu Lacksovej alebo jej rodiny, povolenie nebolo v tom čase potrebné ani bežne požadované. Neexistovala povinnosť upozorniť pacientov alebo ich rodinných príslušníkov, že vyhodený alebo chirurgicky získaný materiál je majetkom lekára alebo zdravotníckeho zariadenia. V 70. rokoch 20. storočia došlo k úniku informácií na verejnosť, ktoré odhalili skutočné meno Henrietty, a rodina Lacksových bola požiadaná o vzorky DNA, ktoré mali pomôcť pri identifikácii kontaminovaných bunkových línií. Bunková línia HeLa pochádza zo vzorky tkaniva krčka maternice Lacksovej a v bunkových kultúrach sa rozmnožila do takej miery, že oveľa prevyšuje celkový počet buniek v jej tele. Existuje niekoľko kmeňov buniek HeLa, pretože v bunkových kultúrach naďalej mutujú, ale všetky sú potomkami nádorových buniek získaných z Lacksovej.
Riešenie historických krívd
Príbeh okolo Henrietty Lacksovej a získania buniek HeLa bez jej vedomia alebo súhlasu podnietil diskurz o etike medicínskych výskumných postupov a ochrane práv jednotlivca, najmä pokiaľ ide o používanie ľudského biologického materiálu vo vede. Henrietta Lacksová sa nevedomky stala zdrojom prvej nesmrteľnej línie ľudských buniek, ktorá odvtedy viedla k nespočetným vedeckým objavom. Uvedomenie si tohto etického pochybenia bolo katalyzátorom posunu smerom k prísnejším procesom udeľovania súhlasu a zvýšenému povedomiu o morálnych povinnostiach výskumných pracovníkov. Tento prípad nielenže poukázal na potrebu reformy výskumných postupov, ale podnietil aj širšiu diskusiu o spravodlivosti, rešpekte a uznaní v lekárskom výskume, čo viedlo k snahám o nápravu minulých nespravodlivostí a zabezpečenie toho, aby sa prispievateľom k vedeckému pokroku dostalo uznania a dôstojného zaobchádzania.
Thermo Fisher a bunky HeLa
Žaloba proti biotechnologickej spoločnosti Thermo Fisher Scientific týkajúca sa buniek HeLa mala korene v hlbšej etickej a právnej diskusii o komercializácii biologických materiálov získaných od jednotlivcov bez ich súhlasu. Prípad sa sústredil na bunkovú líniu HeLa, ktorá viedla k významným vedeckým objavom vrátane vývoja vakcíny proti detskej obrne a pokroku v liečbe rakoviny.
Súdny proces poukázal na niekoľko etických aspektov: práva jednotlivcov a ich rodín na ich biologické materiály, historický kontext odberu vzoriek od marginalizovaných jednotlivcov bez ich súhlasu a zodpovednosť spoločností, ktoré profitujú z takýchto materiálov. Prípad proti spoločnosti Thermo Fisher Scientific poukázal na potrebu jasnejších politík a etických noriem týkajúcich sa používania ľudských biologických materiálov vo výskume a obchode, ktoré by zabezpečili dodržiavanie práv jednotlivcov a spravodlivé rozdelenie prínosov vyplývajúcich z vedeckých objavov.
Podrobné informácie o vzniku, právnych sporoch a riešeniach týkajúcich sa buniek HeLa nájdete v našom článku"HeLa Cells:"História, súdne spory a urovnania"
Fascinujúce vlastnosti buniek HeLa
HeLa bunky sa ľahko kultivujú a rýchlo množia a sú známe aj svojou vysokou citlivosťou na vírusové infekcie. Sú obzvlášť citlivé na ľudský adenovírus 3, vírus encefalomyokarditídy a poliovírus 1, 2 a 3. Vďaka tejto vlastnosti sú HeLa bunky nevyhnutné na štúdium replikácie, zostavovania a patogenézy týchto vírusov a na vývoj nových antivírusových stratégií. Okrem toho sa HeLa bunky široko používajú ako hostiteľské transfekčné bunky na štúdium funkcie a regulácie génov, produkcie rekombinantných proteínov a génovej terapie.
- Dokonca aj pre rakovinové bunky majú HeLa bunky abnormálne vysokú mieru proliferácie a neobmedzenú dĺžku života, čo ich robí vynikajúcimi na vedecké skúmanie.
- Bunky HeLa majú aktívnu formu telomerázy, ktorá umožňuje neobmedzené delenie buniek a ich nesmrteľnosť.
- Bunky HeLa prekonávajú Hayflickovu hranicu, maximálny počet delení, ktoré môže väčšina normálnych buniek podstúpiť, kým sa stanú senescentnými.
- Bunky HeLa majú hypertriploidný počet chromozómov (3n+). Priemerný počet chromozómov v bunkách HeLa je 82, ale môže sa pohybovať od 70 do 164 (namiesto štandardného diploidného počtu 46). Tieto chromozómy sa označujú ako "HeLa signature chromozómy". Bunky Hela majú komplexný karyotyp charakterizovaný vysokým stupňom aneuploidie a štrukturálnych prestavieb. HeLa bunky majú malý telocentrický chromozóm v 98 % buniek a 100 % aneuploidiu v 1385 skúmaných bunkách. Tieto chromozómové abnormality zohrávajú zásadnú úlohu pri rýchlom raste a nesmrteľnosti buniek HeLa a sú tiež spojené s rakovinou krčka maternice.
- V dôsledku horizontálneho prenosu génov z ľudského papilomavírusu 18 (HPV18) do ľudských buniek krčka maternice majú bunky HeLa iný genóm ako bunky Henrietty Lacksovej.
Štruktúra buniek HeLa
HeLa bunky majú priemer 10 - 20 µm v závislosti od podmienok kultivácie. Väčšina buniek cicavcov má priemer 10 až 100 µm. Jedna z najmenších ľudských buniek, červené krvinky, má priemer približne 8 µm. Na druhej strane, bunky svalových vlákien a neuróny môžu byť extrémne dlhé.
Pokrok vo výskume vďaka HeLa
Bunky HeLa stáli v centre významných výskumných pokrokov vrátane objavov v genetike, virológii a vývoji liečiv. Bunková línia HeLa sa používala na štúdium rakoviny, AIDS, účinkov žiarenia a toxínov, mapovanie génov a nespočetné množstvo ďalších vedeckých pokusov. O výskume HeLa bolo publikovaných viac ako 60 000 vedeckých článkov, pričom ich počet sa mesačne zvyšuje o viac ako 300.
Eliminácia detskej obrny
V 50. rokoch 20. storočia Jonas Salk testoval prvú vakcínu proti detskej obrne s použitím buniek HeLa. Tieto bunky boli citlivé na infekciu poliomyelitídou, čo viedlo k smrti infikovaných buniek. V dôsledku toho boli HeLa bunky veľmi žiadané na testovanie vakcíny proti detskej obrne, pretože výsledky boli ľahko dostupné.
Virológia
Bunky HeLa boli infikované mnohými vírusmi vrátane HIV, Zika, herpesu a mumps, aby sa mohli testovať a vyvíjať nové vakcíny a lieky. Dr. Richard Axel objavil, že HeLa bunky možno infikovať vírusom HIV pridaním proteínu CD4, aby bolo možné vírus študovať. Bunky HeLa sa používali na výskum expresie E2 a apoptózy papilomavírusu a zohrali tiež zásadnú úlohu pri vývoji vakcín proti ľudskému papilomavírusu (HPV).
Rakovina
HeLa bunky sa používajú na mnohé štúdie rakoviny vrátane pohlavných steroidných hormónov, ako sú estradiol, estrogén a estrogénové receptory, a zlúčenín podobných estrogénom, ako je kvercetín a jeho preventívne vlastnosti proti rakovine. HeLa bunky sa používali aj na štúdium účinkov flavonoidov a antioxidantov s estradiolom na proliferáciu rakovinových buniek.
Medzi ďalšie pozoruhodné aplikácie patria
- Liečba rakoviny: Bunky Hela boli kľúčové pri vytváraní liekov proti rakovine, ako je napríklad kamptotecín, liek schválený Úradom pre kontrolu potravín a liečiv (FDA) na liečbu rakoviny vaječníkov, pľúc a krčka maternice.
- Talidomid a mnohopočetný myelóm: HeLa bunky boli použité na ilustráciu toho, ako liek talidomid, ktorý sa pôvodne používal na ranné nevoľnosti, môže spôsobiť vrodené postihnutie, čo viedlo k jeho použitiu pri liečbe mnohopočetného myelómu.
- Pochopenie HIV a AIDS: Zistenie, že vírus HIV má problémy s infikovaním buniek HeLa, zlepšilo chápanie tohto vírusu výskumníkmi a otvorilo dvere pre vývoj liekov proti HIV a AIDS.
- Bunkové starnutie: HeLa bunky umožnili výskumníkom skúmať biológiu starnutia a ochorenia, ktoré spôsobujú predčasné starnutie, čo viedlo k objavu regenerovateľných chromozómov, ktoré časom zabraňujú degenerácii a poškodeniu buniek.
- Poruchy krvi: Bunky HeLa sa používali na hodnotenie účinnosti hydroxyurey proti rôznym zhubným ochoreniam krvi a anémii; hydroxyurea sa teraz používa na liečbu kosáčikovitých buniek a zhubných ochorení bielych krviniek.
- Röntgenové žiarenie: V roku 1956 vedci použili bunky HeLa na skúmanie účinkov röntgenového žiarenia na živé organizmy, čím lepšie pochopili nebezpečenstvo vysokých a opakovaných dávok žiarenia z lekárskych röntgenových lúčov.
- Inovatívne objavy: Bunky HeLa zohrali kľúčovú úlohu pri viacerých významných objavoch v biológii, ktoré viedli k pokroku v oblasti liekov proti rakovine, poznatkov o HIV/AIDS a ďalších.
- Starnutie buniek: Výskumníci využívajúci bunky HeLa získali Nobelovu cenu za svoje zistenia o starnutí buniek a predchádzaní ich degenerácii a poškodeniu v priebehu času.
Preskúmajte bunky HeLa a ich deriváty
Čo sú potenciálne nesmrteľné bunky?
Nesmrteľné bunkové línie sú bunky, ktoré boli modifikované tak, aby sa delili nepretržite a mohli sa pestovať dlhodobo. Pochádzajú zo zdrojov s chromozomálnymi abnormalitami alebo mutáciami a môžu byť odvodené z nádorov. Aby mohli pokračovať v raste, vedci časť buniek rozdelia do nových nádob bunkových kultúr a rozmnožia ich na ďalšie experimenty.
Bunky HeLa, podobne ako iné bunkové línie, sa považujú za "nesmrteľné", pretože sa môžu v nádobách s bunkovou kultúrou deliť donekonečna, pokiaľ sú zachované primárne podmienky pre prežitie buniek (t. j. sú podporované a je o ne postarané vo vhodnom prostredí). Existuje množstvo kmeňov buniek HeLa, pretože v bunkových kultúrach neustále mutujú, ale všetky pochádzajú z rovnakých nádorových buniek Lacksovej. Počet buniek HeLa rozmnožených v bunkových kultúrach ďaleko prevyšuje počet, ktorý sa nachádza v tele Henrietty Lacksovej.
Výroba, kontrola kvality a trvanlivosť buniek HeLa
HeLa bunky sa môžu kultivovať a zbierať pomocou štandardných metód bunkových kultúr pri približne 80 - 90 % konfluencii. S bunkami sa dá pomerne jednoducho manipulovať a môžu sa kultivovať v rôznych podmienkach.
Ako rozmraziť zmrazené HeLa bunky
- Vložte kryovial do antibakteriálneho vodného kúpeľa s teplotou 37 °C a čistou vodou.
- Rýchlo rozmrazujte 40 až 60 sekúnd. Injekčná liekovka by sa mala vybrať a preniesť do sterilnej prietokovej skrine.
- Utrite fľaštičku 70 % alkoholom a preneste bunkovú suspenziu do 15 ml centrifugačnej skúmavky obsahujúcej 8 ml kultivačného média.
- Obnovte bunky, tri minúty odstreďujte pri 300 x g a supernatant zlikvidujte (prípadne zrieďte médiom a odstráňte zmrazovacie médium o 24 hodín neskôr, ak sa neodstredí hneď).
- Preneste bunky suspendované v 10 ml nového kultivačného média do dvoch baniek na bunkové kultúry T25.
Subkultivácia buniek HeLa
- Odstráňte staré médium z banky na kultiváciu buniek.
- Opláchnite priľnuté bunky pomocou PBS bez vápnika a horčíka. Použite 3 - 5 ml PBS pre banky T25 a 5 - 10 ml pre banky T75.
- Do banky s bunkovou kultúrou pridajte akutázu. Použite 1 - 2 ml na T25 a 2,5 ml na banku s bunkovou kultúrou T75. Uistite sa, že je bunkový list úplne pokrytý.
- Inkubujte banky s bunkovou kultúrou pri teplote okolia 8-10 minút.
- Opatrne resuspendujte bunky s médiom. Pridajte 10 ml média a jemne pipetujte hore a dole, aby ste rozbili bunkové agregáty.
- Suspenziu buniek odstreďujte 3 minúty pri 300 x g.
- Bunky znovu rozmiešajte v čerstvom médiu.
- Resuspendované bunky dávkujte do nových baniek na bunkové kultúry, ktoré obsahujú čerstvé médium.
- Bunky skladujte v tekutom dusíku na dlhodobé uskladnenie.
Dodržiavaním týchto krokov môžete subkultúrovať bunky a zachovať zdravú bunkovú kultúru pre budúce experimenty.