Клітини HeLa

Майже всі наукові дослідження в галузі молекулярної біології, фармакології, вірусології, генетики з початку 20 століття використовували зразки первинних живих клітин, які отримували з живого організму та культивували різними біохімічними методами, що дозволяло продовжити їх життєздатність, тобто здатність до поділу в лабораторних умовах. В середині минулого століття наука отримала клітини HeLa, які не схильні до природної біологічної смерті. І це дозволило багатьом дослідженням стати проривом у біології та медицині.

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

Звідки взялися імморталізовані клітини HeLa?

Історія отримання цих «невмирущих» клітин (імморталізація – це здатність клітин нескінченно ділитися) пов’язана з бідною 31-річною пацієнткою лікарні Джонса Гопкінса в Балтиморі – афроамериканкою, матір’ю п’ятьох дітей на ім’я Генрієтта Лакс, яка, прохаючи вісім місяців раком шийки матки та пройшовши внутрішнє опромінення (брахітерапію), померла в цій лікарні 4 жовтня 1951 року.

Незадовго до цього, намагаючись лікувати Генрієтту від раку шийки матки, лікар-хірург Говард Вілбур Джонс взяв зразок пухлинної тканини для дослідження та відправив його до лікарняної лабораторії, яку тоді очолював Джордж Отто Гей, бакалавр біології.

Біолог був приголомшений результатами біопсії: клітини тканини не загинули після відведеного часу в результаті апоптозу, а продовжували розмножуватися, причому з вражаючою швидкістю. Досліднику вдалося виділити одну конкретну структурну клітину та розмножити її. Отримані клітини продовжували ділитися та перестали відмирати в кінці мітотичного циклу.

А невдовзі після смерті пацієнта (ім'я якого не розголошували, а зашифрували як абревіатуру HeLa) з'явилася загадкова культура клітин HeLa.

Як тільки стало зрозуміло, що клітини HeLa – доступні поза людським організмом – не підлягають запрограмованій смерті, попит на них для різних досліджень та експериментів почав зростати. А подальша комерціалізація несподіваного відкриття призвела до організації серійного виробництва – для продажу клітин HeLa численним науковим центрам та лабораторіям.

Використання клітин HeLa

У 1955 році клітини HeLa стали першими клонованими клітинами людини, і клітини HeLa використовуються в усьому світі для вивчення клітинного метаболізму при раку; процесу старіння; причин СНІДу; характеристик вірусу папіломи людини та інших вірусних інфекцій; впливу радіації та токсичних речовин; картування генів; тестування нових фармацевтичних препаратів; тестування косметики тощо.

За деякими даними, культура цих швидкозростаючих клітин була використана в 70-80 тисячах медичних досліджень по всьому світу. Щорічно для наукових потреб вирощується близько 20 тонн культури клітин HeLa, і зареєстровано понад 10 тисяч патентів, що стосуються цих клітин.

Популяризації нового лабораторного біоматеріалу сприяв той факт, що в 1954 році штам клітин HeLa був використаний американськими вірусологами для випробування розробленої ними вакцини проти поліомієліту.

Протягом десятиліть культура клітин HeLa широко використовувалася як проста модель для створення більш візуальних версій складних біологічних систем. А здатність клонувати імморталізовані клітинні лінії дозволяє проводити повторні аналізи генетично ідентичних клітин, що є необхідною умовою для біомедичних досліджень.

На самому початку – у медичній літературі тих років – відзначалася «витривалість» цих клітин. Дійсно, клітини HeLa не припиняють ділитися навіть у звичайній лабораторній пробірці. Причому роблять це настільки агресивно, що якщо лаборанти виявлять найменшу недбалість, клітини HeLa обов'язково проникнуть в інші культури та спокійно замінять вихідні клітини, внаслідок чого чистота експериментів викликає великі сумніви.

До речі, в результаті одного дослідження, яке було проведено ще в 1974 році, експериментально була встановлена здатність клітин HeLa «забруднювати» інші клітинні лінії в лабораторіях вчених.

Клітини HeLa: що показало дослідження?

Чому клітини HeLa поводяться так? Тому що це не нормальні клітини здорових тканин організму, а пухлинні клітини, отримані зі зразка тканини ракової пухлини та містять патологічно змінені гени безперервного мітозу ракових клітин людини. По суті, це клони злоякісних клітин.

У 2013 році дослідники з Європейської лабораторії молекулярної біології (EMBL) повідомили, що їм вдалося секвенувати ДНК та РНК у геномі Генрієтти Лакс за допомогою спектрального каріотипування. І коли вони порівняли його з клітинами HeLa, то виявили разючі відмінності між генами в HeLa та нормальними клітинами людини...

Однак, ще раніше, цитогенетичний аналіз клітин HeLa призвів до виявлення численних хромосомних аберацій та часткової геномної гібридизації цих клітин. Виявилося, що клітини HeLa мають гіпертриплоїдний (3n+) каріотип і продукують гетерогенні клітинні популяції. Більше того, у більш ніж половини клонованих клітин HeLa була виявлена анеуплоїдія – зміна кількості хромосом: 49, 69, 73 і навіть 78 замість 46.

Як виявилося, мультиполярні, поліцентричні або мультиполярні мітози в клітинах HeLa беруть участь у геномній нестабільності фенотипу HeLa, втраті хромосомних маркерів та формуванні додаткових структурних аномалій. Це порушення під час поділу клітин, що призводять до патологічної сегрегації хромосом. Якщо мітотична біполярність веретена поділу характерна для здорових клітин, то під час поділу ракової клітини утворюється більша кількість полюсів і веретен поділу, і обидві дочірні клітини отримують різну кількість хромосом. А мультиполярність веретена поділу під час мітозу клітин є характерною рисою ракових клітин.

Вивчаючи мультиполярні мітози в клітинах HeLa, генетики дійшли висновку, що весь процес поділу ракових клітин, в принципі, неправильний: профаза мітозу коротша, а формування веретена поділу передує поділу хромосом; метафаза також починається раніше, і хромосоми не встигають зайняти своє місце, розподіляючись хаотично. Що ж, кількість центросом щонайменше вдвічі більша, ніж потрібно.

Таким чином, каріотип клітини HeLa нестабільний і може значно відрізнятися між лабораторіями. Як наслідок, результати багатьох досліджень – враховуючи втрату генетичної ідентичності клітинного матеріалу – просто неможливо відтворити за інших умов.

Наука досягла значних успіхів у своїй здатності маніпулювати біологічними процесами контрольованим чином. Останнім прикладом є створення реалістичної моделі ракової пухлини з використанням клітин HeLa за допомогою 3D-принтера групою дослідників зі США та Китаю.