Клетки HeLa

Почти всички научни изследвания в областта на молекулярната биология, фармакологията, вирусологията, генетиката от началото на 20-ти век са използвали проби от първични живи клетки, получени от жив организъм и култивирани чрез различни биохимични методи, което позволява да се удължи тяхната жизнеспособност, т.е. способността им да се делят в лабораторни условия. В средата на миналия век науката получава HeLa клетки, които не подлежат на естествена биологична смърт. И това позволява на много изследвания да се превърнат в пробив в биологията и медицината.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]

Откъде са дошли обезсмъртените HeLa клетки?

Историята за получаването на тези „безсмъртни“ клетки (обезсмъртяването е способността на клетките да се делят безкрайно) е свързана с бедна 31-годишна пациентка на болница „Джонс Хопкинс“ в Балтимор – афроамериканка, майка на пет деца на име Хенриета Лакс, която, след като страда от рак на маточната шийка в продължение на осем месеца и е претърпяла вътрешно облъчване (брахитерапия), умира в тази болница на 4 октомври 1951 г.

Малко преди това, докато се опитвал да лекува Хенриета от карцином на маточната шийка, лекуващият лекар, хирургът Хауърд Уилбър Джоунс, взел проба от туморна тъкан за изследване и я изпратил в болничната лаборатория, ръководена тогава от Джордж Ото Гей, бакалавър по биология.

Биологът бил изумен от биопсията: тъканните клетки не умрели след определеното време в резултат на апоптоза, а продължили да се размножават и то с изумителна скорост. Изследователят успял да изолира една специфична структурна клетка и да я размножи. Получените клетки продължили да се делят и спрели да умират в края на митотичния цикъл.

И скоро след смъртта на пациента (чието име не беше разкрито, а криптирано като съкращението HeLa), се появи мистериозна култура от HeLa клетки.

След като стана ясно, че HeLa клетките – налични извън човешкото тяло – не са обект на програмирана смърт, търсенето на тях за различни изследвания и експерименти започна да расте. А по-нататъшната комерсиализация на неочакваното откритие доведе до организирането на серийно производство – за продажба на HeLa клетки на множество научни центрове и лаборатории.

Използване на HeLa клетки

През 1955 г. HeLa клетките стават първите клонирани човешки клетки и оттогава се използват по целия свят за изучаване на клетъчния метаболизъм при рак; процеса на стареене; причините за СПИН; характеристиките на човешкия папиломен вирус и други вирусни инфекции; ефектите от радиация и токсични вещества; генно картографиране; тестване на нови фармацевтични продукти; тестване на козметика и др.

Според някои данни, културата на тези бързорастящи клетки е била използвана в 70-80 хиляди медицински изследвания по целия свят. Около 20 тона клетъчна култура HeLa се отглеждат годишно за научни нужди и са регистрирани над 10 хиляди патента, включващи тези клетки.

Популяризирането на новия лабораторен биоматериал е улеснено от факта, че през 1954 г. клетъчният щам HeLa е използван от американски вирусолози за тестване на разработената от тях полиомиелитна ваксина.

В продължение на десетилетия клетъчната култура HeLa се използва широко като опростен модел за създаване на по-визуални версии на сложни биологични системи. А способността за клониране на обезсмъртени клетъчни линии позволява многократни анализи върху генетично идентични клетки, което е предпоставка за биомедицински изследвания.

В самото начало – в медицинската литература от онези години – е отбелязана „издръжливостта“ на тези клетки. Всъщност, HeLa клетките не спират да се делят дори в обикновена лабораторна епруветка. И го правят толкова агресивно, че ако лаборантите проявят и най-малката небрежност, HeLa клетките непременно ще проникнат в други култури и спокойно ще заменят оригиналните клетки, в резултат на което чистотата на експериментите е силно съмнителна.

Между другото, в резултат на едно проучване, проведено през 1974 г., експериментално е установена способността на HeLa клетките да „замърсяват“ други клетъчни линии в лабораториите на учените.

HeLa клетки: какво показа изследването?

Защо HeLa клетките се държат по този начин? Защото те не са нормални клетки на здрави телесни тъкани, а туморни клетки, получени от проба от ракова туморна тъкан и съдържащи патологично променени гени на непрекъсната митоза на човешки ракови клетки. По същество те са клонинги на злокачествени клетки.

През 2013 г. изследователи от Европейската лаборатория по молекулярна биология (EMBL) съобщиха, че са секвенирали ДНК и РНК в генома на Хенриета Лакс, използвайки спектрално кариотипизиране. И когато го сравнили с HeLa клетки, те открили, че има поразителни разлики между гените в HeLa и нормалните човешки клетки...

Въпреки това, още по-рано, цитогенетичният анализ на HeLa клетки доведе до откриването на множество хромозомни аберации и частична геномна хибридизация на тези клетки. Оказа се, че HeLa клетките имат хипертриплоиден (3n+) кариотип и произвеждат хетерогенни клетъчни популации. Освен това, повече от половината от клонираните HeLa клетки показаха анеуплоидия - промяна в броя на хромозомите: 49, 69, 73 и дори 78 вместо 46.

Както се оказа, мултиполярните, полицентричните или многополюсните митози в HeLa клетките са замесени в геномната нестабилност на HeLa фенотипа, загубата на хромозомни маркери и образуването на допълнителни структурни аномалии. Това са нарушения по време на клетъчното делене, водещи до патологична сегрегация на хромозомите. Ако митотичната биполярност на делителното вретено е характерна за здравите клетки, то по време на деленето на раковата клетка се образуват по-голям брой полюси и делителни вретена, като двете дъщерни клетки получават различен брой хромозоми. А мултиполярността на делителното вретено по време на клетъчната митоза е характерна черта на раковите клетки.

Изучавайки мултиполярните митози в HeLa клетки, генетиците стигнали до заключението, че целият процес на делене на раковите клетки е по принцип неправилен: профазата на митозата е по-кратка, а образуването на делителното вретено предшества деленето на хромозомите; метафазата също започва по-рано и хромозомите нямат време да заемат мястото си, разпределяйки се хаотично. Е, броят на центрозомите е поне два пъти по-голям от необходимото.

По този начин, кариотипът на HeLa клетката е нестабилен и може да варира значително в различните лаборатории. Следователно, резултатите от много изследвания - предвид загубата на генетичната идентичност на клетъчния материал - са просто невъзможни за възпроизвеждане при други условия.

Науката е постигнала голям напредък в способността си да манипулира биологичните процеси по контролиран начин. Последният пример е създаването на реалистичен модел на раков тумор с помощта на HeLa клетки с помощта на 3D принтер от група изследователи от САЩ и Китай.