HeLa ląstelės

Beveik visuose nuo XX amžiaus pradžios atliktuose molekulinės biologijos, farmakologijos, virusologijos, genetikos moksliniuose tyrimuose buvo naudojami pirminių gyvų ląstelių mėginiai, gauti iš gyvo organizmo ir kultivuoti įvairiais biocheminiais metodais, leidžiančiais prailginti jų gyvybingumą, tai yra gebėjimą dalytis laboratorinėmis sąlygomis. Praėjusio amžiaus viduryje mokslas gavo HeLa ląsteles, kurios nėra linkusios natūraliai biologiškai mirti. Ir tai leido daugeliui tyrimų tapti proveržiu biologijoje ir medicinoje.

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

Iš kur atsirado įamžintos HeLa ląstelės?

Šių „nemirštamų“ ląstelių (įamžinimas – tai ląstelių gebėjimas be galo dalytis) gavimo istorija susijusi su vargše 31 metų Johnso Hopkinso ligoninės Baltimorėje paciente – afroamerikiete, penkių vaikų motina, vardu Henrietta Lacks, kuri, aštuonis mėnesius sirgusi gimdos kaklelio vėžiu ir taikyta vidinės spindulinės terapijos (brachiterapijos), mirė šioje ligoninėje 1951 m. spalio 4 d.

Netrukus prieš tai, bandydamas gydyti Henriettą nuo gimdos kaklelio karcinomos, gydantis gydytojas chirurgas Howardas Wilburas Jonesas paėmė naviko audinio mėginį tyrimui ir nusiuntė jį į ligoninės laboratoriją, kuriai tuo metu vadovavo biologijos bakalauras George'as Otto Gey.

Biologą pribloškė biopsija: audinių ląstelės dėl apoptozės nenumirė po skirto laiko, o toliau dauginosi ir stulbinančiu greičiu. Tyrėjui pavyko izoliuoti vieną specifinę struktūrinę ląstelę ir ją padauginti. Gautos ląstelės toliau dalijosi ir nustojo mirti mitozinio ciklo pabaigoje.

Ir netrukus po paciento mirties (kurio vardas nebuvo atskleistas, bet užšifruotas kaip santrumpa HeLa) atsirado paslaptinga HeLa ląstelių kultūra.

Kai paaiškėjo, kad HeLa ląstelės, esančios už žmogaus kūno ribų, nėra užprogramuotos mirties objektas, jų poreikis įvairiems tyrimams ir eksperimentams ėmė augti. Tolesnė netikėto atradimo komercializacija lėmė serijinės gamybos organizavimą – HeLa ląstelių pardavimą daugeliui mokslo centrų ir laboratorijų.

Naudojant HeLa ląsteles

1955 m. HeLa ląstelės tapo pirmosiomis klonuotomis žmogaus ląstelėmis, o HeLa ląstelės buvo naudojamos visame pasaulyje tiriant ląstelių metabolizmą sergant vėžiu; senėjimo procesą; AIDS priežastis; žmogaus papilomos viruso ir kitų virusinių infekcijų ypatybes; radiacijos ir toksinių medžiagų poveikį; genų kartografavimą; naujų vaistų testavimą; kosmetikos testavimą ir kt.

Kai kuriais duomenimis, šių greitai augančių ląstelių kultūra buvo panaudota 70–80 tūkstančių medicininių tyrimų visame pasaulyje. Mokslo reikmėms kasmet užauginama apie 20 tonų HeLa ląstelių kultūros, užregistruota daugiau nei 10 tūkstančių patentų, susijusių su šiomis ląstelėmis.

Naujos laboratorinės biomedžiagos išpopuliarėjimą palengvino tai, kad 1954 m. Amerikos virusologai HeLa ląstelių padermę panaudojo savo sukurtai poliomielito vakcinai išbandyti.

Dešimtmečius HeLa ląstelių kultūra buvo plačiai naudojama kaip paprastas modelis kuriant vizualesnes sudėtingų biologinių sistemų versijas. O galimybė klonuoti įamžintas ląstelių linijas leidžia atlikti pakartotines genetiškai identiškų ląstelių analizes, o tai yra būtina biomedicininių tyrimų sąlyga.

Pačioje pradžioje – to meto medicininėje literatūroje – buvo pastebėtas šių ląstelių „ištvermė“. Iš tiesų, HeLa ląstelės nenustoja dalytis net įprastame laboratoriniame mėgintuvėlyje. Ir jos tai daro taip agresyviai, kad laboratorijos technikams parodžius bent menkiausią neatsargumą, HeLa ląstelės tikrai prasiskverbs į kitas kultūras ir ramiai pakeis originalias ląsteles, todėl eksperimentų grynumas yra labai abejotinas.

Beje, vieno tyrimo, atlikto dar 1974 m., metu buvo eksperimentiškai nustatytas HeLa ląstelių gebėjimas „užteršti“ kitas ląstelių linijas mokslininkų laboratorijose.

HeLa ląstelės: ką parodė tyrimas?

Kodėl HeLa ląstelės elgiasi taip? Nes tai ne normalios sveikų kūno audinių ląstelės, o naviko ląstelės, gautos iš vėžinio naviko audinio mėginio ir turinčios patologiškai pakitusius žmogaus vėžio ląstelių nuolatinės mitozės genus. Iš esmės tai yra piktybinių ląstelių klonai.

2013 m. Europos molekulinės biologijos laboratorijos (EMBL) tyrėjai pranešė, kad jiems pavyko sekvenuoti Henriettos Lacks genomo DNR ir RNR, naudojant spektrinį kariotipavimą. Palyginę tai su HeLa ląstelėmis, jie nustatė ryškius skirtumus tarp HeLa ir normalių žmogaus ląstelių genų...

Tačiau dar anksčiau atlikta HeLa ląstelių citogenetinė analizė leido aptikti daugybę chromosomų aberacijų ir dalinę šių ląstelių genominę hibridizaciją. Paaiškėjo, kad HeLa ląstelės turi hipertriploidinį (3n+) kariotipą ir gamina heterogenines ląstelių populiacijas. Be to, nustatyta, kad daugiau nei pusė klonuotų HeLa ląstelių turi aneuploidiją – chromosomų skaičiaus pokytį: 49, 69, 73 ir net 78 vietoj 46.

Kaip paaiškėjo, daugiapolės, policentrinės arba daugiapolės mitozės HeLa ląstelėse yra susijusios su HeLa fenotipo genominiu nestabilumu, chromosomų žymenų praradimu ir papildomų struktūrinių anomalijų susidarymu. Tai sutrikimai ląstelių dalijimosi metu, lemiantys patologinę chromosomų segregaciją. Jei sveikoms ląstelėms būdingas dalijimosi verpstės mitozinis bipoliškumas, tai vėžinės ląstelės dalijimosi metu susidaro didesnis polių ir dalijimosi verpsčių skaičius, o abi dukterinės ląstelės gauna skirtingą chromosomų skaičių. O verpstės daugiapoliškumas ląstelės mitozės metu yra būdingas vėžinių ląstelių bruožas.

Tyrinėdami daugiapolius mitozės procesus HeLa ląstelėse, genetikai priėjo prie išvados, kad visas vėžio ląstelių dalijimosi procesas iš principo yra neteisingas: mitozės profazė yra trumpesnė, o dalijimosi verpstės formavimasis vyksta anksčiau nei chromosomų dalijimasis; metafazė taip pat prasideda anksčiau, o chromosomos nespėja užimti savo vietos, pasiskirstydamos chaotiškai. Na, o centrosomų skaičius yra bent dvigubai didesnis nei būtina.

Taigi HeLa ląstelės kariotipas yra nestabilus ir gali labai skirtis skirtingose laboratorijose. Todėl daugelio tyrimų rezultatų, atsižvelgiant į ląstelinės medžiagos genetinio tapatumo praradimą, tiesiog neįmanoma atkurti kitomis sąlygomis.

Mokslas padarė didelę pažangą kontroliuodamas biologinius procesus. Naujausias pavyzdys – JAV ir Kinijos tyrėjų grupės sukurtas realistiškas vėžinio naviko modelis, naudojant HeLa ląsteles ir 3D spausdintuvą.