Celice HeLa: Revolucija v raziskavah
Celice Hela, sev nesmrtnih celic, poimenovan po Henrietti Lacks, se od svojega odkritja leta 1951 pogosto uporabljajo v znanstvenih študijah. Henrietti Lacks, 31-letni afroameriški materi petih otrok, so istega leta, ko je umrla, diagnosticirali raka materničnega vratu. George Otto Gey, direktor laboratorija za tkivne kulture v bolnišnici Johns Hopkins, je zbral in razmnožil njene celice raka materničnega vratu, ki so se izkazale za izjemno odporne in plodne, kar je omogočilo njihovo široko uporabo v znanstvenih raziskavah. V nasprotju z drugimi človeškimi celicami je bilo celice HeLa mogoče vzdrževati in razmnoževati in vitro, kar je pomenilo velik napredek v medicinskih raziskavah.
Zgodovina in časovni potek celic Hela
Henrietto Lacks, temnopolto pridelovalko tobaka, so leta 1951 sprejeli v bolnišnico Johns Hopkins zaradi nenormalne krvavitve iz nožnice, kasneje pa so jo zdravili zaradi raka materničnega vratu. Pri prvem zdravljenju so ji brez njenega soglasja odvzeli vzorce tkiva iz materničnega vratu. Z biopsijo materničnega vratu so pridobili vzorce tkiva za klinični pregled Georgea Otta Geya, ki so jih preučevali v laboratoriju za tkivne kulture. V nasprotju s prejšnjimi vzorci je Geyev laboratorijski asistent opazil, da se celice podvajajo vsakih 20-24 ur in se hitro širijo. Gey je celice raka materničnega vratu razmnožil tik pred Lacksovo smrtjo in bile so prva živa človeška celična linija in vitro. Celice so bile poimenovane po prvih dveh črkah imena in priimka Henriette Lacks in so bile dane vsakemu znanstveniku, ki jih je zahteval za pospešitev raziskav.
Čeprav so bile celice zbrane brez dovoljenja Lacksove ali njene družine, dovoljenje v tistem času ni bilo niti potrebno niti običajno. Pacientov ali njihovih družinskih članov ni bilo treba opozoriti, da so odvrženi ali kirurško pridobljeni materiali last zdravnika ali zdravstvene ustanove. V sedemdesetih letih 20. stoletja je bilo zaradi odkritja v javnosti razkrito Henriettino pravo ime, družina Lacks pa je bila zaprošena za vzorce DNK za pomoč pri identifikaciji okuženih celičnih linij. Celična linija HeLa izvira iz vzorca tkiva materničnega vratu Lacksove in je bila v celični kulturi pomnožena do te mere, da močno presega skupno število celic v njenem telesu. Obstaja več sevov celic HeLa, ki v celičnih kulturah še naprej mutirajo, vendar so vsi potomci tumorskih celic, pridobljenih od Lacksove.
Odpravljanje zgodovinskih krivic
Pripoved o Henrietti Lacks in pridobivanju celic HeLa brez njene vednosti ali privolitve je sprožila razpravo o etiki medicinskih raziskovalnih praks in varstvu pravic posameznikov, zlasti v zvezi z uporabo človeškega biološkega materiala v znanosti. Henrietta Lacks je nevede postala vir prve linije nesmrtnih človeških celic, ki je od takrat omogočila nešteto znanstvenih odkritij. Spoznanje o tej etični nepravilnosti je spodbudilo premik k strožjim postopkom pridobivanja soglasja in večjemu zavedanju o moralnih obveznostih raziskovalcev. Ta primer ni le opozoril na potrebo po reformi raziskovalnih praks, temveč je sprožil tudi širši pogovor o pravičnosti, spoštovanju in priznanju v medicinskih raziskavah, kar je privedlo do prizadevanj za odpravo krivic iz preteklosti in zagotovitev, da se prispevki k znanstvenemu napredku priznavajo in obravnavajo dostojanstveno.
Thermo Fisher in celice HeLa
Tožba proti biotehnološkemu podjetju Thermo Fisher Scientific, povezana s celicami HeLa, je imela korenine v globlji etični in pravni razpravi o komercializaciji bioloških materialov, pridobljenih od posameznikov brez njihove privolitve. V središču zadeve je bila celična linija HeLa, ki je privedla do pomembnih znanstvenih dosežkov, vključno z razvojem cepiva proti otroški paralizi in napredkom pri zdravljenju raka.
Tožba je izpostavila več etičnih vidikov: pravice posameznikov in njihovih družin do njihovih bioloških materialov, zgodovinski kontekst odvzema vzorcev marginaliziranim posameznikom brez privolitve in odgovornosti podjetij, ki imajo koristi od takšnih materialov. Primer proti družbi Thermo Fisher Scientific je izpostavil potrebo po jasnejših politikah in etičnih standardih glede uporabe človeškega biološkega materiala v raziskavah in trgovini, ki bodo zagotavljali spoštovanje pravic posameznikov in pravično delitev koristi, ki izhajajo iz znanstvenih odkritij.
Za podrobnejšo raziskavo izvora, pravnih bitk in rešitev v zvezi s celicami HeLa si oglejte naš članek"HeLa Cells: Zgodovina, tožbe in poravnave."
Fascinantne značilnosti celic HeLa
Celice HeLa je enostavno gojiti in se hitro razmnožujejo, znane pa so tudi po visoki občutljivosti na virusne okužbe. Še posebej so občutljive na človeški adenovirus 3, virus encefalomiokarditisa ter poliovirus 1, 2 in 3. Zaradi te lastnosti so celice HeLa bistvene za preučevanje razmnoževanja, sestavljanja in patogeneze teh virusov ter za razvoj novih protivirusnih strategij. Poleg tega se celice HeLa pogosto uporabljajo kot gostitelji transfekcije za preučevanje delovanja in regulacije genov, proizvodnjo rekombinantnih beljakovin in gensko terapijo.
- Celice HeLa imajo celo za rakave celice nenavadno visoko stopnjo razmnoževanja celic in neomejeno življenjsko dobo, zato so odlične za znanstvene raziskave.
- Celice HeLa imajo aktivno obliko telomeraze, ki omogoča neomejeno delitev celic in nesmrtnost.
- Celice HeLa presegajo Hayflickovo mejo, največje število celičnih delitev, ki jih lahko opravi večina normalnih celic, preden postanejo senilne.
- Celice HeLa imajo hipertriploidno kromosomsko število (3n+). Povprečno število kromosomov v celicah HeLa je 82, vendar lahko znaša od 70 do 164 (namesto standardnega diploidnega števila 46). Ti kromosomi se imenujejo "kromosomi HeLa". Celice Hela imajo kompleksen kariotip, za katerega je značilna visoka stopnja anevploidije in strukturnih preureditev. Celice HeLa imajo majhen telocentrični kromosom v 98 % celic in 100 % anevploidijo v 1385 pregledanih celicah. Te kromosomske nepravilnosti imajo bistveno vlogo pri hitri rasti in nesmrtnosti celic HeLa ter so povezane tudi z rakom materničnega vratu.
- Zaradi horizontalnega prenosa genov s človeškega papilomavirusa 18 (HPV18) na človeške celice materničnega vratu imajo celice HeLa drugačen genom kot Henrietta Lacks.
Struktura celic HeLa
Celice HeLa imajo premer od 10 do 20 µm, odvisno od pogojev gojenja. Večina celic sesalcev ima premer med 10 in 100 µm. Ena najmanjših človeških celic, rdeče krvničke, ima premer približno 8 µm. Po drugi strani pa so lahko celice mišičnih vlaken in nevroni zelo dolgi.
Raziskave so napredovale zahvaljujoč HeLi
Celice HeLa so v središču pomembnih raziskovalnih dosežkov, vključno z odkritji na področju genetike, virologije in terapevtskega razvoja. Celična linija HeLa je bila uporabljena za preučevanje raka, aidsa, učinkov sevanja in toksinov, kartiranje genov in nešteto drugih znanstvenih dosežkov. O raziskavah na celici HeLa je bilo objavljenih več kot 60.000 znanstvenih člankov, vsak mesec pa jih je bilo objavljenih več kot 300.
Izkoreninjenje otroške paralize
V petdesetih letih prejšnjega stoletja je Jonas Salk testiral prvo cepivo proti otroški paralizi z uporabo celic HeLa. Te celice so bile dovzetne za okužbo s poliomielitisom, kar je povzročilo smrt okuženih celic. Zato so bile celice HeLa zelo iskane za testiranje cepiva proti otroški paralizi, saj so bili rezultati takoj na voljo.
Virologija
Celice HeLa so bile okužene s številnimi virusi, vključno z virusi HIV, Zika, herpes in mumps, za testiranje in razvoj novih cepiv in zdravil. Dr. Richard Axel je odkril, da je mogoče celice HeLa okužiti z virusom HIV z dodajanjem beljakovine CD4, tako da je mogoče virus preučevati. Celice HeLa so bile uporabljene za raziskovanje izražanja E2 papiloma virusa in apoptoze, imele pa so tudi bistveno vlogo pri razvoju cepiv proti človeškemu papiloma virusu (HPV).
Rak
Celice HeLa so bile uporabljene za številne študije raka, vključno s spolnimi steroidnimi hormoni, kot so estradiol, estrogen in estrogeni receptorji, ter estrogenu podobnimi spojinami, kot je kvercetin in njegove lastnosti za preprečevanje raka. Celice HeLa so bile uporabljene tudi za preučevanje učinkov flavonoidov in antioksidantov z estradiolom na proliferacijo rakavih celic.
Druge omembe vredne aplikacije vključujejo
- Zdravljenje raka: Celice Hela so bile ključnega pomena pri ustvarjanju zdravil proti raku, kot je kamptotecin, zdravilo, ki ga je odobrila FDA za zdravljenje raka jajčnikov, pljuč in materničnega vratu.
- Talidomid in multipli mielom: Celice Hela so bile uporabljene za prikaz, kako lahko zdravilo talidomid, ki se je sprva uporabljalo za jutranjo slabost, povzroči prirojene okvare, kar je privedlo do njegove uporabe pri zdravljenju multiplega mieloma.
- Razumevanje virusa HIV in aidsa: Razkritje, da virus HIV težko okuži celice HeLa, je izboljšalo razumevanje virusa s strani raziskovalcev in odprlo vrata za razvoj zdravil za HIV in aids.
- Staranje celic: Celice HeLa so raziskovalcem omogočile raziskovanje biologije staranja in bolezni, ki povzročajo prezgodnje staranje, kar je privedlo do odkritja obnovljivih kromosomov, ki preprečujejo degeneracijo in poškodbe celic sčasoma.
- Motnje krvi: Celice HeLa so bile uporabljene za oceno učinkovitosti hidroksiuree pri različnih malignih boleznih krvi in anemiji; hidroksiureja se zdaj uporablja za zdravljenje srpastocelične bolezni in malignih bolezni belih krvnih celic.
- Rentgenski žarki: Leta 1956 so znanstveniki uporabili celice HeLa za raziskovanje učinkov rentgenskega sevanja na žive organizme in tako bolje razumeli nevarnosti visokih in ponavljajočih se odmerkov sevanja medicinskih rentgenskih žarkov.
- Inovativna odkritja: Celice HeLa so imele ključno vlogo pri številnih pomembnih odkritjih v biologiji, ki so privedla do napredka na področju zdravil proti raku, poznavanja virusa HIV/aidsa in drugih.
- Staranje celic: Raziskovalci, ki so uporabljali celice HeLa, so prejeli Nobelovo nagrado za ugotovitve o staranju celic ter preprečevanju degeneracije in poškodb celic skozi čas.
Raziskovanje celic HeLa in njihovih derivatov
Kaj so potencialno nesmrtne celice?
Nesmrtne celične linije so celice, ki so bile spremenjene tako, da se neprekinjeno delijo in jih je mogoče gojiti dlje časa. Izvirajo iz virov s kromosomskimi nepravilnostmi ali mutacijami in so lahko pridobljene iz tumorjev. Za nadaljnjo rast znanstveniki nekatere celice razdelijo v nove posode za celične kulture in jih razmnožujejo za nadaljnje poskuse.
Celice HeLa, tako kot druge celične linije, veljajo za "nesmrtne", saj se lahko v bučkah za gojenje celic delijo v nedogled, če so ohranjeni osnovni pogoji za preživetje celic (tj. podpora in oskrba v ustreznem okolju). Obstajajo številni sevi celic HeLa, ker v celičnih kulturah nenehno mutirajo, vendar vsi izhajajo iz istih tumorskih celic Lacksove. Število celic HeLa, razmnoženih v celičnih kulturah, je veliko večje od števila celic, najdenih v telesu Henriette Lacks.
Proizvodnja celic HeLa, nadzor kakovosti in rok trajanja
Celice HeLa je mogoče gojiti in pridobivati s standardnimi metodami gojenja celic pri približno 80-90-odstotni konfluenci. S celicami je razmeroma preprosto manipulirati in jih je mogoče gojiti v različnih okoljih.
Kako odmrzniti zamrznjene celice HeLa
- Kriovial postavite v antibakterijsko vodno kopel s 37 °C in čisto vodo.
- Hitro odmrzujte 40 do 60 sekund. Vialo odstranite in jo prenesite v sterilno pretočno omaro.
- Vialo obrišite s 70-odstotnim alkoholom in celično suspenzijo prenesite v 15-mililitrsko centrifugirno epruveto, ki vsebuje 8 ml gojišča.
- Celice obnovite, tri minute centrifugirajte pri 300 x g in zavrzite supernatant (če ne centrifugirajte takoj, ga lahko razredčite z gojiščem in 24 ur pozneje odstranite gojišče za zamrzovanje).
- Celice, suspendirane v 10 ml novega gojišča, prenesite v dve bučki T25.
Subkultiviranje celic HeLa
- Odstranite staro gojišče iz bučke za gojenje celic.
- Prilepljene celice izperite s PBS brez kalcija in magnezija. Uporabite 3-5 ml PBS za bučke T25 in 5-10 ml za bučke T75.
- V bučko za gojenje celic dodajte akutazo. Uporabite 1-2 ml za bučko T25 in 2,5 ml za bučko T75. Prepričajte se, da je celični list popolnoma prekrit.
- Bučko s celično kulturo inkubirajte pri sobni temperaturi 8-10 minut.
- Previdno ponovno suspendirajte celice z gojiščem. Dodajte 10 ml gojišča in nežno pipetirajte gor in dol, da razbijete celične agregate.
- Celično suspenzijo centrifugirajte 3 minute pri 300 x g.
- Celice ponovno suspendirajte v svežem gojišču.
- Ponovno suspendirane celice prenesite v nove bučke za gojenje celic, ki vsebujejo sveže gojišče.
- Celice shranite v tekočem dušiku za dolgoročno shranjevanje.
Z upoštevanjem teh korakov lahko subkulturirate celice in ohranite zdravo celično kulturo za prihodnje poskuse.