celice HeLa

Skoraj vse znanstvene raziskave na področju molekularne biologije, farmakologije, virologije in genetike od začetka 20. stoletja so uporabljale vzorce primarnih živih celic, ki so bile pridobljene iz živega organizma in gojene z različnimi biokemijskih metodami, kar je omogočilo podaljšanje njihove viabilnosti, torej sposobnosti delitve v laboratorijskih pogojih. Sredi prejšnjega stoletja je znanost prejela celice HeLa, ki niso podvržene naravni biološki smrti. In to je omogočilo, da so številne študije postale preboj v biologiji in medicini.

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

Od kod prihajajo immortalizirane celice HeLa?

Zgodba o pridobivanju teh »nesmrtnih« celic (immortalizacija je sposobnost celic, da se delijo v neskončnost) je povezana z ubogo 31-letno pacientko bolnišnice Johns Hopkins v Baltimoru – Afroameričanko, materjo petih otrok po imenu Henrietta Lacks, ki je po osmih mesecih trpljenja za rakom materničnega vratu in notranjem obsevanju (brahiterapiji) 4. oktobra 1951 umrla v tej bolnišnici.

Malo pred tem je lečeči zdravnik, kirurg Howard Wilbur Jones, med zdravljenjem Henriette zaradi raka materničnega vratu vzel vzorec tumorskega tkiva za preiskavo in ga poslal v bolnišnični laboratorij, ki ga je takrat vodil George Otto Gey, diplomirani biolog.

Biologa je biopsija osupnila: tkivne celice po določenem času niso umrle zaradi apoptoze, temveč so se še naprej množile, in to z osupljivo hitrostjo. Raziskovalcu je uspelo izolirati eno specifično strukturno celico in jo namnožiti. Nastale celice so se še naprej delile in ob koncu mitotičnega cikla prenehale umirati.

In kmalu po smrti pacienta (katerega ime ni bilo razkrito, ampak šifrirano kot okrajšava HeLa) se je pojavila skrivnostna kultura celic HeLa.

Ko je postalo jasno, da celice HeLa – ki so na voljo zunaj človeškega telesa – niso podvržene programirani smrti, je povpraševanje po njih za različne študije in poskuse začelo naraščati. Nadaljnja komercializacija nepričakovanega odkritja je privedla do organizacije serijske proizvodnje – za prodajo celic HeLa številnim znanstvenim centrom in laboratorijem.

Uporaba celic HeLa

Leta 1955 so celice HeLa postale prve klonirane človeške celice, celice HeLa pa se po vsem svetu uporabljajo za preučevanje celičnega metabolizma pri raku, procesa staranja, vzrokov za aids, značilnosti humanega papiloma virusa in drugih virusnih okužb, učinkov sevanja in strupenih snovi, kartiranja genov, testiranja novih farmacevtskih izdelkov, testiranja kozmetike itd.

Po nekaterih podatkih je bila kultura teh hitro rastočih celic uporabljena v 70–80 tisoč medicinskih študijah po vsem svetu. Za znanstvene potrebe se letno vzgoji približno 20 ton celične kulture HeLa, registriranih pa je bilo več kot 10 tisoč patentov, ki vključujejo te celice.

Popularizacijo novega laboratorijskega biomateriala je olajšalo dejstvo, da so leta 1954 ameriški virologi uporabili celični sev HeLa za testiranje cepiva proti otroški paralizi, ki so ga razvili.

Celična kultura HeLa se že desetletja pogosto uporablja kot preprost model za ustvarjanje bolj vizualnih različic kompleksnih bioloških sistemov. Zmožnost kloniranja imortaliziranih celičnih linij pa omogoča ponavljajoče se analize gensko identičnih celic, kar je predpogoj za biomedicinske raziskave.

Že na samem začetku – v medicinski literaturi tistih let – je bila opažena »vzdržljivost« teh celic. Dejansko se celice HeLa ne nehajo deliti niti v navadni laboratorijski epruveti. In to počnejo tako agresivno, da bodo celice HeLa ob najmanjši malomarnosti laboratorijskih tehnikov zagotovo prodrle v druge kulture in mirno nadomestile prvotne celice, zaradi česar je čistost poskusov zelo vprašljiva.

Mimogrede, kot rezultat ene študije, ki je bila izvedena leta 1974, je bila eksperimentalno ugotovljena sposobnost celic HeLa, da "kontaminirajo" druge celične linije v laboratorijih znanstvenikov.

Celice HeLa: kaj je pokazala raziskava?

Zakaj se celice HeLa obnašajo tako? Ker niso normalne celice zdravih telesnih tkiv, temveč tumorske celice, pridobljene iz vzorca tkiva rakavega tumorja, ki vsebujejo patološko spremenjene gene neprekinjene mitoze človeških rakavih celic. V bistvu so kloni malignih celic.

Leta 2013 so raziskovalci Evropskega laboratorija za molekularno biologijo (EMBL) poročali, da so s spektralno kariotipizacijo sekvencirali DNK in RNK v genomu Henriette Lacks. In ko so ga primerjali s celicami HeLa, so ugotovili, da obstajajo presenetljive razlike med geni v HeLa in normalnimi človeškimi celicami...

Vendar pa je citogenetska analiza celic HeLa že prej privedla do odkritja številnih kromosomskih aberacij in delne genomske hibridizacije teh celic. Izkazalo se je, da imajo celice HeLa hipertriploidni (3n+) kariotip in proizvajajo heterogene celične populacije. Poleg tega je bilo pri več kot polovici kloniranih celic HeLa ugotovljena anevploidija – sprememba števila kromosomov: 49, 69, 73 in celo 78 namesto 46.

Izkazalo se je, da so multipolarne, policentrične ali multipolarne mitoze v celicah HeLa povezane z genomsko nestabilnostjo fenotipa HeLa, izgubo kromosomskih markerjev in nastankom dodatnih strukturnih nepravilnosti. To so motnje med delitvijo celic, ki vodijo do patološke segregacije kromosomov. Če je mitotična bipolarnost delitvenega vretena značilna za zdrave celice, potem se med delitvijo rakave celice oblikuje večje število polov in delitvenih vreten, obe hčerinski celici pa prejmeta različno število kromosomov. In multipolarnost vretena med celično mitozo je značilna lastnost rakavih celic.

Genetiki so pri preučevanju multipolarnih mitoz v celicah HeLa prišli do zaključka, da je celoten proces delitve rakavih celic načeloma napačen: profaza mitoze je krajša, nastanek delitvenega vretena pa predhodi delitvi kromosomov; tudi metafaza se začne prej in kromosomi nimajo časa, da bi zasedli svoje mesto, saj se naključno razporedijo. No, število centrosomov je vsaj dvakrat večje, kot je potrebno.

Kariotip celice HeLa je torej nestabilen in se lahko med laboratoriji zelo razlikuje. Posledično je rezultatov mnogih študij – glede na izgubo genetske identitete celičnega materiala – preprosto nemogoče reproducirati pod drugimi pogoji.

Znanost je močno napredovala pri nadzorovanem uravnavanju bioloških procesov. Najnovejši primer je ustvarjanje realističnega modela rakavega tumorja z uporabo celic HeLa s pomočjo 3D-tiskalnika, ki ga je izdelala skupina raziskovalcev iz ZDA in Kitajske.