Клітини HeLa

Практично всі наукові дослідження в молекулярній біології, фармакології, вірусології, генетики з початку XX століття використовували зразки первинних живих клітин, які отримували з живого організму і культивували різними біохімічним методами, що дозволяли продовжити термін їх життєздатності, тобто можливості ділитися в лабораторних умовах. В середині минулого століття наука отримала клітини HeLa, непідвладні природної біологічної загибелі. І це дозволило багатьом дослідженням стати проривом в біології та медицині.

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

Звідки взялися імморталізованних клітини HeLa?

Історія отримання цих «невмирущих» клітин (імморталізаціі - здатність клітин до нескінченно довгого поділу) пов'язана з бідної 31-річною пацієнткою Johns Hopkins Hospital в Балтіморі - афро-американкою, матір'ю п'ятьох дітей на ім'я Генрієтта Лекс (Henrietta Lacks), яка, проболев раком шийки матки протягом восьми місяців і пройшовши внутрішнє опромінення (брахітерапії), померла в цій лікарні 4 жовтня 1951 року.

Незадовго до цього, роблячи зусилля по лікуванню Генрієтти від цервікальної карциноми, лікуючий лікар, хірург Говард Уілбур Джонс, взяв зразок тканини пухлини для дослідження і передав в лікарняну лабораторію, очолювану в ту пору бакалавром біології Джорджем Отто Геєм.

Дослідження біоптату приголомшили біолога: клітини тканин не загинули через належний час в результаті апоптозу, а продовжували розмножуватися, причому, з вражаючою швидкістю. Досліднику вдалося виділити одну конкретну структурну осередок і розмножити її. Отримані клітини продовжували ділитися і перестали гинути в кінці митотического циклу.

І незабаром після смерті пацієнтки (ім'я якої не розголошували, а зашифрували у вигляді скорочення HeLa) з'явилася загадкова культура клітин HeLa.

Як тільки стало ясно, що клітини HeLa - доступні поза людським тілом - не схильні до запрограмованої загибелі, попит на них для різних досліджень і експериментів став рости. І подальша комерціалізація несподіваною знахідки вилилася в організацію серійного виробництва - для продажу клітин HeLa численним науковим центрам і лабораторіям.

Використання клітин HeLa

У 1955 році клітини HeLa стали першими клонованими клітинами людини, і використання клітин HeLa почалося по всьому світу: в дослідженнях клітинного метаболізму при раку; вивченні процесу старіння клітин; причин СНІДу; особливостей вірусу папіломи людини та інших вірусних інфекцій; впливу радіації і токсичних речовин; картування генів; у випробуваннях нових фармакологічних препаратів; тестуванні косметичних засобів і т.д.

За деякими даними, культура цих швидкозростаючих клітин була використана в 70-80 тис. Медичних досліджень по всьому світу. Щорічно для потреб науки вирощують близько 20 тонн культури клітин HeLa, зареєстровано понад 10 тис. Патентів за участю даних клітин.

Популяризації нового лабораторного біоматеріалу сприяло те, що в 1954 році штам HeLa клітин був використаний американськими вірусологами для перевірки розробленої ними вакцини проти поліомієліту.

Протягом десятиліть культура клітин HeLa повсюдно служить простою моделлю для створення більш наочних варіантів складних біологічних систем. А можливість клонувати імморталізованних клітинні лінії дозволяє багаторазово повторювати аналізи на генетично ідентичних клітинах, що є обов'язковою умовою біомедичних наукових досліджень.

На самому початку - в медичній літературі тих років - відзначалася «витривалість» цих клітин. Дійсно, клітини HeLa не припиняють ділитися навіть у звичайній лабораторної пробірці. І роблять вони це так агресивно, що стоїть лаборантам проявити найменшу необережність, клітини HeLa обов'язково проникнуть в інші культури і спокійно замінять оригінальні клітини, в результаті чого чістата проведених експериментів викликає великі сумніви.

До речі, в результаті одного дослідження, яке провели ще в 1974 році, була досвідченим шляхом встановлено здатність клітин HeLa «забруднювати» інші клітинні лінії в лабораторіях вчених.

Клітини HeLa: що показали дослідження?

Чому клітини HeLa поводяться таким чином? Тому що це не звичайні клітини здорових тканин тіла, а клітини пухлинні, отримані з зразка тканини ракової пухлини і містять патологічні змінені гени безперервного мітозу ракових клітин людини. По суті, це клони злоякісних клітин.

У 2013 році дослідники Європейської лабораторії молекулярної біології (EMBL) повідомили про те, що за допомогою спектрального кариотипирования вони встановили послідовність ДНК і РНК в геномі Генрієтти Лекс. І, порівнявши з клітинами HeLa, переконалися: між генами HeLa і нормальними людськими клітинами разючі відмінності ...

Однак ще раніше цитогенетичний аналіз клітин HeLa привів до відкриття численних хромосомних аберацій і часткової геномної гібридизації цих клітин. З'ясувалося, що клітини HeLa мають гіпертріплоідним (3n +) кариотипом і виробляють гетерогенні популяції клітин. При цьому більш ніж у половини клонованих клітин HeLa виявлена анеуплоїдія - зміна числа хромосом: 49, 69, 73 і навіть 78 замість 46.

Як виявилося, до геномної нестабільності фенотипу HeLa, втрати маркерів хромосом і формування додаткових структурних аномалій причетні мультиполярні, полицентрические або багатополюсні мітози в клітинах HeLa. Це порушення під час поділу клітини, що приводить до патологічної сегрегації хромосом. Якщо для здороаих клітин властива митотическая біполярність веретена поділу, то в ході поділу ракової клітини утворюється більше число полюсів і веретен ділення, і обидві дочірні клітини отримують різну кількість хромосом. І багатополярність веретена при мітозі клітин характерна особливість ракових клітин.

Вивчаючи багатополюсні мітози в клітинах HeLa, генетики дійшли висновку, що весь процес ділення ракових клітин, в принципі, йде неправильно: профази мітозу коротше, і формування веретена поділу передує поділу хромосом; також раніше починається метафаза, і хромосоми не встигають зайняти своє місце, розподіляючись безсистемно. Ну, а кочічество центросом як мінімум удвічі більше необхідного.

Таким чином каріотип клітини HeLa нестаблен і може різко відрізнятися в різних лабораторіях. Отже, результати багатьох досліджень - в умовах втрати генетичної ідентичності клітинного матеріалу - просто неможливо відтворити в інших умовах.

Наука зробила великі успіхи завдяки здатності маніпулювати біологічними процесами в керованому режимі. Останній наочний приклад - створення групою дослідників з США та Китаю за допомогою 3-D принтера реалістичної моделі ракової пухлини, використовуючи клітини HeLa.