Tế bào HeLa: Cách mạng hóa nghiên cứu
Kể từ khi được phát hiện vào năm 1951, tế bào HeLa- một dòng tế bào bất tử được đặt tên theo Henrietta Lacks - đã được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu khoa học. Henrietta Lacks, một phụ nữ da màu 31 tuổi, mẹ của năm đứa con, đã được chẩn đoán mắc ung thư cổ tử cung vào năm cô qua đời. George Otto Gey, giám đốc Phòng Thí nghiệm Văn hóa Tế bào tại Bệnh viện Johns Hopkins, đã thu thập và nhân lên các tế bào ung thư cổ tử cung của bà, những tế bào này đã chứng tỏ có độ bền và khả năng sinh sản vượt trội, cho phép chúng được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu khoa học. Khác với các tế bào người khác, tế bào HeLa có thể được duy trì và nhân lên trong môi trường nhân tạo, đánh dấu một bước tiến đáng kể trong nghiên cứu y học.
Lịch sử và Thời gian của Tế bào HeLa
Henrietta Lacks, một nông dân trồng thuốc lá da đen, được đưa đến Bệnh viện Johns Hopkins vào năm 1951 vì chảy máu âm đạo bất thường và sau đó được điều trị ung thư cổ tử cung. Liệu pháp đầu tiên của cô bao gồm lấy mẫu mô từ cổ tử cung mà không có sự đồng ý của cô. Sinh thiết cổ tử cung đã cung cấp mẫu mô cho George Otto Gey để kiểm tra lâm sàng, sau đó được nghiên cứu tại phòng thí nghiệm nuôi cấy mô. Khác với các mẫu trước đó, trợ lý phòng thí nghiệm của Gey nhận thấy các tế bào nhân đôi mỗi 20–24 giờ và phát triển nhanh chóng. Gey đã nhân giống các tế bào ung thư cổ tử cung ngay trước khi Lacks qua đời, và chúng là dòng tế bào người đầu tiên có thể duy trì trong môi trường nuôi cấy. Các tế bào được đặt tên theo hai chữ cái đầu tiên của tên và họ của Henrietta Lacks và được cung cấp cho bất kỳ nhà khoa học nào yêu cầu để thúc đẩy nghiên cứu.
Mặc dù các tế bào được thu thập mà không có sự đồng ý của Lacks hoặc gia đình cô, việc xin phép lúc đó không cần thiết và cũng không phổ biến. Không có nghĩa vụ phải cảnh báo bệnh nhân hoặc gia đình họ rằng các vật liệu bị loại bỏ hoặc thu được qua phẫu thuật là tài sản của bác sĩ hoặc cơ sở y tế. Trong thập niên 1970, một rò rỉ thông tin công khai đã tiết lộ tên thật của Henrietta, và gia đình Lacks được yêu cầu cung cấp mẫu DNA để giúp xác định các dòng tế bào bị nhiễm. Dòng tế bào HeLa có nguồn gốc từ mẫu mô cổ tử cung của Lacks và đã được nhân lên trong môi trường nuôi cấy đến mức vượt xa tổng số tế bào trong cơ thể cô. Có nhiều chủng loại tế bào HeLa do chúng tiếp tục biến đổi trong môi trường nuôi cấy, nhưng tất cả đều là hậu duệ của các tế bào ung thư được lấy từ Lacks.
Giải quyết những sai lầm lịch sử
Câu chuyện về Henrietta Lacks và việc tạo ra dòng tế bào HeLa mà không có sự đồng ý hoặc thông báo của cô đã khơi dậy cuộc tranh luận về đạo đức trong nghiên cứu y học và bảo vệ quyền cá nhân, đặc biệt là việc sử dụng vật liệu sinh học của con người trong khoa học. Henrietta Lacks vô tình trở thành nguồn gốc của dòng tế bào người bất tử đầu tiên, điều này đã dẫn đến vô số đột phá khoa học. Sự nhận thức về sai lầm đạo đức này đã thúc đẩy sự chuyển đổi hướng tới các quy trình đồng ý nghiêm ngặt hơn và nâng cao nhận thức về nghĩa vụ đạo đức của các nhà nghiên cứu. Trường hợp này không chỉ nhấn mạnh nhu cầu cải cách trong các thực hành nghiên cứu mà còn khơi dậy một cuộc thảo luận rộng hơn về công lý, tôn trọng và công nhận trong nghiên cứu y học, dẫn đến nỗ lực khắc phục những sai lầm trong quá khứ và đảm bảo rằng những người đóng góp cho sự tiến bộ khoa học được công nhận và đối xử với sự tôn trọng.
Thermo Fisher và Tế bào HeLa
Vụ kiện chống lại công ty công nghệ sinh học Thermo Fisher Scientific liên quan đến tế bào HeLa xuất phát từ một tranh luận đạo đức và pháp lý sâu sắc về việc thương mại hóa các vật liệu sinh học được lấy từ cá nhân mà không có sự đồng ý của họ. Vụ việc tập trung vào dòng tế bào HeLa, đã dẫn đến những đột phá khoa học quan trọng, bao gồm việc phát triển vắc-xin polio và những tiến bộ trong điều trị ung thư.
Vụ kiện đã làm sáng tỏ một số vấn đề đạo đức: quyền của cá nhân và gia đình họ đối với vật liệu sinh học của mình, bối cảnh lịch sử của việc lấy mẫu từ những cá nhân bị Marginalized mà không có sự đồng ý, và trách nhiệm của các công ty hưởng lợi từ những vật liệu này. Vụ kiện chống lại Thermo Fisher Scientific đã nhấn mạnh sự cần thiết của các chính sách và tiêu chuẩn đạo đức rõ ràng hơn về việc sử dụng vật liệu sinh học của con người trong nghiên cứu và thương mại, đảm bảo tôn trọng quyền của cá nhân và chia sẻ công bằng lợi ích phát sinh từ các phát hiện khoa học.
Để tìm hiểu chi tiết về nguồn gốc, các vụ kiện tụng và giải quyết liên quan đến tế bào HeLa, hãy tham khảo bài viết của chúng tôi "Tế bào HeLa: Lịch sử, Vụ kiện và Thỏa thuận"
Những đặc điểm thú vị của tế bào HeLa
Tế bào HeLa dễ nuôi cấy và nhân lên nhanh chóng, đồng thời nổi tiếng với độ nhạy cao đối với các nhiễm trùng virus. Chúng đặc biệt nhạy cảm với virus adenovirus 3 của người, virus encephalomyocarditis và virus polio 1, 2 và 3. Đặc điểm này khiến tế bào HeLa trở thành công cụ thiết yếu để nghiên cứu quá trình nhân lên, lắp ráp và cơ chế gây bệnh của các virus này, cũng như phát triển các chiến lược chống virus mới. Ngoài ra, tế bào HeLa được sử dụng rộng rãi làm vật chủ chuyển gen để nghiên cứu chức năng và điều hòa gen, sản xuất protein tái tổ hợp và liệu pháp gen.
- Ngay cả đối với tế bào ung thư, tế bào HeLa có tốc độ phân chia tế bào bất thường cao và tuổi thọ vô hạn, khiến chúng trở thành đối tượng lý tưởng cho nghiên cứu khoa học.
- Tế bào HeLa có dạng telomerase hoạt động, cho phép phân chia tế bào vô hạn và bất tử.
- Tế bào HeLa vượt qua giới hạn Hayflick, tức là số lần phân chia tối đa mà hầu hết các tế bào bình thường có thể trải qua trước khi trở nên lão hóa.
- Tế bào HeLa có số lượng nhiễm sắc thể hypertriploid (3n+). Số lượng nhiễm sắc thể trung bình trong tế bào HeLa là 82 nhưng có thể dao động từ 70 đến 164 (thay vì số lượng nhiễm sắc thể diploid tiêu chuẩn là 46). Những nhiễm sắc thể này được gọi là "nhiễm sắc thể đặc trưng của HeLa". Tế bào HeLa có karyotype phức tạp, đặc trưng bởi mức độ cao của aneuploidy và sắp xếp cấu trúc. Tế bào HeLa có nhiễm sắc thể telocentric nhỏ trong 98% tế bào và 100% aneuploidy trong 1.385 tế bào được kiểm tra. Những bất thường nhiễm sắc thể này đóng vai trò quan trọng trong tốc độ tăng trưởng nhanh và tính bất tử của tế bào HeLa, đồng thời liên quan đến ung thư cổ tử cung.
- Do quá trình chuyển gen ngang từ virus papilloma người 18 (HPV18) sang tế bào cổ tử cung người, tế bào HeLa có bộ gen khác với Henrietta Lacks.
Cấu trúc của tế bào HeLa
Tế bào HeLa có đường kính từ 10 đến 20 µm, tùy thuộc vào điều kiện nuôi cấy. Hầu hết các tế bào động vật có vú có đường kính từ 10 đến 100 µm. Một trong những tế bào nhỏ nhất của con người, tế bào hồng cầu, có đường kính khoảng 8 µm. Mặt khác, các tế bào sợi cơ và tế bào thần kinh có thể cực kỳ dài.
Những tiến bộ trong nghiên cứu nhờ vào tế bào HeLa
Tế bào HeLa đã đóng vai trò trung tâm trong nhiều tiến bộ nghiên cứu quan trọng, bao gồm các phát hiện trong lĩnh vực di truyền học, vi rút học và phát triển điều trị. Dòng tế bào HeLa đã được sử dụng để nghiên cứu ung thư, AIDS, tác động của bức xạ và độc tố, lập bản đồ gen, và vô số các nỗ lực khoa học khác. Hơn 60.000 bài báo khoa học đã được công bố về nghiên cứu HeLa, tăng hơn 300 bài mỗi tháng.
Xóa sổ bệnh bại liệt
Trong thập niên 1950, Jonas Salk đã thử nghiệm vắc-xin polio đầu tiên bằng cách sử dụng tế bào HeLa. Các tế bào này dễ bị nhiễm vi rút polio, dẫn đến cái chết của các tế bào bị nhiễm. Do đó, tế bào HeLa được sử dụng rộng rãi trong thử nghiệm vắc-xin polio vì kết quả có thể được thu thập nhanh chóng.
Virology
Tế bào HeLa đã bị nhiễm nhiều loại virus, bao gồm HIV, Zika, herpes và quai bị, để thử nghiệm và phát triển vắc-xin và thuốc mới. Bác sĩ Richard Axel phát hiện ra rằng tế bào HeLa có thể bị nhiễm HIV bằng cách thêm protein CD4 để nghiên cứu virus. Tế bào HeLa đã được sử dụng để nghiên cứu biểu hiện E2 của virus papillomavirus và quá trình apoptosis, đồng thời đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển vắc-xin virus papillomavirus ở người (HPV).
Ung thư
Tế bào HeLa đã được sử dụng trong nhiều nghiên cứu về ung thư, bao gồm các hormone steroid giới tính như estradiol, estrogen và thụ thể estrogen, cũng như các hợp chất tương tự estrogen như quercetin và tính chất phòng ngừa ung thư của nó. Tế bào HeLa cũng được sử dụng để nghiên cứu tác động của flavonoid và chất chống oxy hóa với estradiol đối với sự phát triển của tế bào ung thư.
Các ứng dụng đáng chú ý khác bao gồm
- Điều trị ung thư: Tế bào HeLa đã đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các loại thuốc điều trị ung thư, như camptothecin, một loại thuốc được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê duyệt để điều trị ung thư buồng trứng, phổi và cổ tử cung.
- Thalidomide và đa u tủy: Tế bào HeLa được sử dụng để minh họa cách thuốc thalidomide, ban đầu được sử dụng để điều trị ốm nghén, có thể gây ra các khuyết tật bẩm sinh, dẫn đến việc sử dụng nó trong điều trị đa u tủy.
- Hiểu biết về HIV và AIDS: Phát hiện rằng HIV gặp khó khăn trong việc nhiễm vào tế bào HeLa đã giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về virus, mở đường cho việc phát triển các loại thuốc điều trị HIV và AIDS.
- Lão hóa tế bào: Tế bào HeLa đã giúp các nhà nghiên cứu khám phá sinh học của quá trình lão hóa và các bệnh gây lão hóa sớm, dẫn đến việc phát hiện ra các nhiễm sắc thể có khả năng tái tạo, giúp ngăn chặn sự thoái hóa và tổn thương tế bào theo thời gian.
- Rối loạn máu: Tế bào HeLa được sử dụng để đánh giá hiệu quả của hydroxyurea đối với các bệnh ác tính về máu và thiếu máu; hydroxyurea hiện được sử dụng để điều trị bệnh hồng cầu hình liềm và các bệnh ác tính về bạch cầu.
- Tia X: Năm 1956, các nhà khoa học đã sử dụng tế bào HeLa để nghiên cứu tác động của tia X lên các sinh vật sống, từ đó hiểu rõ hơn về nguy cơ của liều lượng cao và lặp đi lặp lại của tia X trong y tế.
- Phát hiện sáng tạo: Tế bào HeLa đã đóng vai trò quan trọng trong nhiều phát hiện quan trọng trong sinh học, dẫn đến những tiến bộ trong thuốc điều trị ung thư, hiểu biết về HIV/AIDS và nhiều lĩnh vực khác.
- Lão hóa tế bào: Các nhà nghiên cứu sử dụng tế bào HeLa đã được trao giải Nobel cho những phát hiện của họ về lão hóa tế bào và ngăn ngừa sự thoái hóa và tổn thương tế bào theo thời gian.
Khám phá tế bào HeLa và các dòng tế bào con của chúng
Tế bào bất tử là gì?
Dòng tế bào bất tử là những tế bào đã được biến đổi để có thể phân chia liên tục và được nuôi cấy trong thời gian dài. Chúng xuất phát từ các nguồn có bất thường nhiễm sắc thể hoặc đột biến và có thể được phân lập từ các khối u. Để duy trì sự phát triển, các nhà khoa học chia một số tế bào vào các bình nuôi cấy mới và nhân lên chúng cho các thí nghiệm tiếp theo.
Các tế bào HeLa, giống như các dòng tế bào khác, được coi là "bất tử" vì chúng có thể phân chia vô hạn trong các bình nuôi cấy tế bào miễn là các điều kiện cơ bản cho sự sống còn của tế bào được duy trì (tức là được nuôi dưỡng và chăm sóc trong môi trường thích hợp). Có rất nhiều chủng loại tế bào HeLa vì chúng liên tục đột biến trong môi trường nuôi cấy, nhưng tất cả đều xuất phát từ các tế bào khối u của Lacks. Số lượng tế bào HeLa được nhân lên trong môi trường nuôi cấy vượt xa số lượng tế bào có trong cơ thể của Henrietta Lacks.
Sản xuất, Kiểm soát Chất lượng và Thời hạn Sử dụng của Tế bào HeLa
Tế bào HeLa có thể được nuôi cấy và thu hoạch bằng các phương pháp nuôi cấy tế bào tiêu chuẩn khi đạt mật độ khoảng 80–90%. Các tế bào này tương đối dễ thao tác và có thể được nuôi cấy trong nhiều môi trường khác nhau.
Cách rã đông tế bào HeLa đông lạnh
- Đặt ống đông lạnh vào bể nước 37°C có nước sạch.
- Rã đông nhanh trong 40 đến 60 giây. Lọ nên được lấy ra và chuyển vào tủ cấy vô trùng.
- Lau ống bằng cồn 70% và chuyển hỗn hợp tế bào vào ống ly tâm 15 ml chứa 8 ml môi trường nuôi cấy.
- Phục hồi tế bào, ly tâm ở 300 x g trong ba phút và loại bỏ dịch siêu âm (hoặc pha loãng với môi trường và loại bỏ môi trường đông lạnh sau 24 giờ nếu không ly tâm ngay lập tức).
- Chuyển tế bào được treo trong 10 ml môi trường nuôi cấy mới vào hai bình nuôi cấy tế bào T25.
Nuôi cấy lại tế bào HeLa
- Loại bỏ môi trường nuôi cấy cũ khỏi bình nuôi cấy tế bào.
- Rửa các tế bào bám dính bằng PBS không chứa canxi và magiê. Sử dụng 3-5 ml PBS cho bình nuôi cấy T25 và 5-10 ml cho bình nuôi cấy T75.
- Thêm Accutase vào bình nuôi cấy tế bào. Sử dụng 1-2 ml cho mỗi bình T25 và 2,5 ml cho mỗi bình T75. Đảm bảo lớp tế bào được phủ hoàn toàn.
- Ủ bình nuôi cấy tế bào ở nhiệt độ phòng trong 8-10 phút.
- Cẩn thận tái phân tán tế bào với môi trường nuôi cấy. Thêm 10 ml môi trường và nhẹ nhàng hút lên xuống để phá vỡ các cụm tế bào.
- Ly tâm hỗn hợp tế bào trong 3 phút ở 300 x g.
- Trộn lại tế bào trong môi trường tươi.
- Phân phối tế bào đã tái phân tán vào các bình nuôi cấy tế bào mới chứa môi trường tươi.
- Bảo quản tế bào trong nitơ lỏng để lưu trữ lâu dài.
Bằng cách thực hiện các bước này, bạn có thể nuôi cấy lại tế bào và duy trì một văn hóa tế bào khỏe mạnh cho các thí nghiệm trong tương lai.