發佈日期：2023年 | 最後審閱日期：2026年5月
HeLa 細胞：引領研究革命
自1951年被發現以來，以亨麗埃塔·拉克絲（Henrietta Lacks）命名的永生化細胞株——HeLa細胞，便廣泛應用於科學研究。亨麗埃塔·拉克絲是一位31歲的非裔美國人，育有五名子女，她在同年被診斷出患有子宮頸癌並因此去世。 約翰霍普金斯醫院組織培養實驗室主任喬治·奧托·蓋伊（George Otto Gey）收集並培養了她的子宮頸癌細胞，這些細胞展現出非凡的韌性與增殖能力，使其得以廣泛應用於科學研究。與其他人類細胞不同，HeLa 細胞能夠在體外維持並增殖，這代表著醫學研究的一大進步。
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HeLa 細胞的歷史與時間軸
黑人菸草農亨麗埃塔·拉克（Henrietta Lacks）於1951年因異常陰道出血被送往約翰霍普金斯醫院，其後接受子宮頸癌治療。她的首次治療是在未經其同意的情況下，從其子宮頸取樣。 子宮頸活檢獲得的組織樣本交由喬治·奧托·蓋伊（George Otto Gey）進行臨床檢查，並在組織培養實驗室中進行研究。與早期的標本不同，蓋伊的實驗室助理注意到這些細胞每 20–24 小時便會倍增，並迅速擴增。 蓋伊在拉克絲過世前不久成功培養出這些子宮頸癌細胞，這成為首個可存活的人體體外細胞系。這些細胞以亨麗埃塔·拉克絲（Henrietta Lacks）名字與姓氏的前兩個字母命名，並提供給任何為推進研究而提出申請的科學家。
儘管這些細胞是在未經拉克絲或其家屬同意的情況下採集的，但在當時，此類同意既非必要，也鮮少被要求。 當時並無義務向患者或其家屬說明，被丟棄或經手術取得的組織樣本屬於醫師或醫療機構的財產。1970年代，一則公開洩密事件揭露了亨麗埃塔的真實姓名，隨後當局要求拉克家族提供DNA樣本，以協助辨識受污染的細胞系。 HeLa細胞系源自拉克斯的子宮頸組織樣本，並透過細胞培養大量增殖，其數量已遠遠超過她體內細胞的總數。由於HeLa細胞在細胞培養中持續發生突變，目前已衍生出數個亞系，但它們全都是從拉克斯體內提取的腫瘤細胞的後代。
糾正歷史不公
圍繞亨麗埃塔·拉克斯的敘事，以及在未經她知情或同意的情況下取得 HeLa 細胞的事件，已引發關於醫學研究實務倫理與個人權利保護的討論，特別是關於科學研究中使用人類生物材料的問題。 亨麗埃塔·拉克在不知情的情況下，成為了首個不朽人類細胞系的來源，該細胞系此後促成了無數科學突破。對這項倫理過錯的認知，已促使研究界朝向更嚴格的知情同意程序轉變，並提升了研究人員對道德義務的意識。 此案例不僅凸顯了改革研究實務的必要性，更引發了關於醫學研究中正義、尊重與認可的廣泛討論，進而推動了糾正過去不公義的努力，並確保對科學進步有貢獻者能獲得認可並受到尊嚴對待。
賽默飛世爾與 HeLa 細胞
針對生物科技公司賽默飛世爾科技（Thermo Fisher Scientific）涉及 HeLa 細胞的訴訟，其根源在於一場更深層的倫理與法律辯論——即在未經當事人同意的情況下，將源自個體的生物材料商業化。本案的核心在於 HeLa 細胞系，該細胞系促成了多項重大的科學突破，包括小兒麻痺疫苗的研發以及癌症治療的進展。
這起訴訟揭示了若干倫理考量：個人及其家屬對其生物材料的權利、在未經同意情況下從邊緣化群體身上採集樣本的歷史背景，以及從此類材料中獲益的企業所應承擔的責任。 針對賽默飛世爾科技（Thermo Fisher Scientific）的訴訟，凸顯了在研究與商業領域中使用人類生物材料時，亟需制定更明確的政策與倫理標準，以確保尊重個人權利，並公平分享科學發現所帶來的利益。
若欲深入了解 HeLa 細胞的起源、法律爭訟及相關解決方案，請參閱我們的文章《HeLa 細胞：歷史、訴訟與和解 》。
HeLa 細胞的迷人特徵
HeLa 細胞不僅易於培養且增殖迅速，更以其對病毒感染的高易感性而聞名。它們特別容易感染人類腺病毒 3 型、腦心肌炎病毒，以及第 1、2 和 3 型小兒麻痺病毒。 這項特性使 HeLa 細胞成為研究這些病毒的複製、組裝及致病機制，以及開發新型抗病毒策略不可或缺的工具。此外，HeLa 細胞亦廣泛用作轉染宿主，應用於基因功能與調控研究、重組蛋白質生產及基因治療。
- 就癌細胞而言，HeLa 細胞的細胞增殖率異常高且壽命無窮無盡，使其成為科學研究的絕佳對象。
- HeLa 細胞具有活性型端粒酶，使其能夠無限分裂並獲得永生性。
- HeLa 細胞突破了「海弗利克極限」（Hayflick limit），即大多數正常細胞在進入衰老前所能進行的細胞分裂最大次數。
- HeLa 細胞具有超三倍體的染色體數目（3n+）。HeLa 細胞的平均染色體數為 82，但範圍可從 70 到 164 不等（而非標準的二倍體數目 46）。 這些染色體被稱為「HeLa 特徵染色體」。HeLa 細胞具有複雜的核型，其特徵為高度非整倍體及結構重排。 在 98% 的 HeLa 細胞中可觀察到一條小型端粒染色體，且在經檢測的 1385 個細胞中，100% 呈現非整倍體現象。這些染色體異常在 HeLa 細胞的快速生長速率與不朽性中扮演關鍵角色，並與子宮頸癌有關。
- 由於人類乳突病毒18型（HPV18）向人類子宮頸細胞進行了水平基因轉移，HeLa細胞的基因組與亨麗埃塔·拉克斯的基因組有所不同。
HeLa 細胞的結構
HeLa 細胞的直徑為 10 至 20 µm，具體數值取決於培養條件。 大多數哺乳動物細胞的直徑介於 10 至 100 µm 之間。人類體內最小的細胞之一——紅血球——直徑約為 8 µm。另一方面，肌肉纖維細胞和神經元則可能極為細長。
得益於 HeLa 細胞的研究進展
HeLa 細胞一直是重大研究進展的核心，包括遺傳學、病毒學及治療法開發等領域的發現。HeLa 細胞系已被用於研究癌症、愛滋病、輻射與毒素的影響、基因圖譜繪製，以及無數其他科學研究。 迄今已發表超過 60,000 篇關於 HeLa 研究的科學論文，且每月新增數量超過 300 篇。
根除小兒麻痺
1950年代，喬納斯·索爾克（Jonas Salk）利用HeLa細胞測試了首支小兒麻痺疫苗。這些細胞易受小兒麻痺病毒感染，導致受感染的細胞死亡。正因如此，HeLa細胞在小兒麻痺疫苗測試中需求極高，因為能迅速獲得實驗結果。
病毒學
HeLa細胞曾被多種病毒感染，包括愛滋病毒（HIV）、茲卡病毒、疱疹病毒及腮腺炎病毒，藉此測試並開發新的疫苗和藥物。 理查德·阿克塞爾（Richard Axel）博士發現，透過添加CD4蛋白，可使HeLa細胞感染HIV，從而進行病毒研究。HeLa細胞已被用於研究乳頭瘤病毒E2蛋白的表達與細胞凋亡，並在人類乳頭瘤病毒（HPV）疫苗的研發中發揮了關鍵作用。
癌症
HeLa細胞已被應用於眾多癌症研究，包括性類固醇激素（如雌二醇、雌激素及其受體）以及類雌激素化合物（如槲皮素及其抗癌特性）。此外，HeLa細胞亦被用於研究類黃酮和抗氧化劑與雌二醇共同作用對癌細胞增殖的影響。
其他值得注意的應用包括
- 癌症治療：HeLa 細胞在研發癌症藥物方面至關重要，例如芐基苷（camptothecin）——這是一種經美國食品藥物管理局（FDA）批准用於治療卵巢癌、肺癌和子宮頸癌的藥物。
- 沙利度胺與多發性骨髓瘤：HeLa 細胞被用來闡明原本用於治療孕吐的藥物沙利度胺，為何會導致先天性殘疾，進而促使該藥物被應用於多發性骨髓瘤的治療。
- 了解 HIV 與愛滋病：發現 HIV 難以感染 HeLa 細胞，這加深了研究人員對該病毒的理解，為開發 HIV 和愛滋病藥物開闢了道路。
- 細胞老化：HeLa 細胞使研究人員得以探索老化的生物學機制及導致過早老化的疾病，進而發現了可再生的染色體，這些染色體能防止細胞隨時間推移而退化與受損。
- 血液疾病：HeLa 細胞被用於評估羥基脲對各種血液惡性腫瘤及貧血的療效；如今，羥基脲已被用於治療鐮狀細胞貧血症及白血球惡性腫瘤。
- X 光：1956 年，科學家利用 HeLa 細胞研究 X 光輻射對活體生物的影響，從而更深入地了解醫療 X 光所產生的高劑量及反覆輻射的危害。
- 創新發現：HeLa 細胞在多項重要的生物學發現中扮演了關鍵角色，推動了癌症藥物、對 HIV/愛滋病的認識等領域的進展。
- 細胞老化：運用 HeLa 細胞進行研究的研究人員，因其關於細胞老化以及預防細胞隨時間推移而退化與受損的發現，榮獲諾貝爾獎。
探索 HeLa 細胞及其衍生物
何謂潛在的不朽化細胞？
永生化細胞系是指經過基因改造，能夠持續分裂並在長期內持續增殖的細胞。這些細胞源自具有染色體異常或突變的來源，也可能來自腫瘤。為了維持其增殖，科學家會將部分細胞分裝至新的細胞培養瓶中，並進行增殖以供後續實驗使用。
HeLa 細胞與其他細胞系一樣，之所以被視為「不朽」，是因為只要維持細胞存活的基本條件（即在適當的環境中獲得支持與照護），它們便能在細胞培養瓶中無限分裂。 由於 HeLa 細胞在細胞培養過程中持續發生突變，因此存在眾多亞株，但它們全都源自同一個 Lacks 腫瘤細胞。在細胞培養中增殖的 HeLa 細胞數量，遠遠超過亨麗埃塔·拉克絲體內原本存在的數量。
HeLa 細胞的製備、品質控制與保存期限
HeLa 細胞可採用標準細胞培養方法進行培養與收穫，培養密度約為 80–90% 融合度。這些細胞操作相對簡單，且可在各種環境下進行培養。
如何解凍冷凍的 HeLa 細胞
- 將冷凍管置於裝有潔淨水的 37°C 抗菌水浴中。
- 快速解凍 40 至 60 秒。隨後取出試管並移至無菌層流櫃中。
- 用 70% 酒精擦拭試管，並將細胞懸浮液轉移至含有 8 毫升培養基的 15 毫升離心管中。
- 重懸細胞，以 300 x g 離心三分鐘，並棄去上清液（若不立即離心，亦可先以培養基稀釋，並於 24 小時後去除冷凍培養基）。
- 將懸浮於 10 毫升新培養基中的細胞轉移至兩個 T25 細胞培養瓶中。
HeLa 細胞的傳代
- 將舊培養液從細胞培養瓶中移除。
- 使用不含鈣和鎂的 PBS 沖洗貼壁細胞。T25 細胞培養瓶使用 3-5 毫升 PBS，T75 細胞培養瓶則使用 5-10 毫升。
- 向細胞培養瓶中加入 Accutase。T25 細胞培養瓶每瓶使用 1-2 毫升，T75 細胞培養瓶每瓶使用 2.5 毫升。確保細胞層完全被覆蓋。
- 將細胞培養瓶於室溫下孵育 8-10 分鐘。
- 小心將細胞與培養基重新懸浮。加入 10 毫升培養基，並用移液管輕輕上下吸放以打散細胞聚塊。
- 將細胞懸浮液以 300 x g 離心 3 分鐘。
- 將細胞懸浮於新鮮培養基中。
- 將重懸後的細胞分裝至裝有新鮮培養液的新細胞培養瓶中。
- 將細胞儲存在液態氮中以進行長期保存。
遵循這些步驟，您即可進行細胞傳代，並維持健康的細胞培養，以供日後實驗使用。