Клетки HeLa

Откуда взялись иммортализованные клетки HeLa?

История получения этих «неумирающих» клеток (иммортализация - способность клеток к бесконечно долгому делению) связана с бедной 31-летней пациенткой Johns Hopkins Hospital в Балтиморе – афро-американкой, матерью пятерых детей по имени Генриетта Лэкс (Henrietta Lacks), которая, проболев раком шейки матки в течение восьми месяцев и пройдя внутреннее облучение (брахитерапию), скончалась в этой больнице 4 октября 1951 года.

Незадолго до этого, предпринимая усилия по лечению Генриетты от цервикальной карциномы, лечащий врач, хирург Говард Уилбур Джонс, взял образец ткани опухоли для исследования и передал в больничную лабораторию, возглавляемую в ту пору бакалавром биологии Джорджем Отто Геем.

Исследования биоптата ошеломили биолога: клетки тканей не погибли через положенное время в результате апоптоза, а продолжали размножаться, причем, с поразительной скоростью. Исследователю удалось выделить одну конкретную структурную ячейку и размножить ее. Полученные клетки продолжали делиться и перестали гибнуть в конце митотического цикла.

И вскоре после смерти пациентки (имя которой не разглашали, а зашифровали в виде сокращения HeLa) появилась загадочная культура клеток HeLa.

Как только стало ясно, что клетки HeLa – доступные вне человеческого тела – не подвержены запрограммированной гибели, спрос на них для различных исследований и экспериментов стал расти. И дальнейшая коммерциализация неожиданной находки вылилась в организацию серийного производства – для продажи  клеток HeLa многочисленным научным центрам и лабораториям.

Использование клеток HeLa

В 1955 году клетки HeLa стали первыми клонированными клетками человека, и использование клеток HeLa началось по всему миру: в исследованиях клеточного метаболизма при раке; изучении процесса старения клеток; причин СПИДа; особенностей вируса папилломы человека и других вирусных инфекций; воздействия радиации и токсических веществ; картирования генов; в испытаниях новых фармакологических препаратов; тестировании косметических средств и т.д.

По некоторым данным, культура этих быстрорастущих клеток была использована в 70-80 тыс. медицинских исследований по всему миру. Ежегодно для потребностей науки выращивают около 20 тонн культуры клеток HeLa, зарегистрировано более 10 тыс. патентов с участием данных клеток.

Популяризации нового лабораторного биоматериала способствовало то, что в 1954 году штамм HeLa клеток был использован американскими вирусологами для проверки разработанной ими вакцины против полиомиелита.

В течение десятилетий культура клеток HeLa повсеместно служит простой моделью для создания более наглядных вариантов сложных биологических систем. А возможность клонировать иммортализованные клеточные линии позволяет многократно повторять анализы на генетически идентичных клетках, что является обязательным условием биомедицинских научных исследований.

В самом начале – в медицинской литературе тех лет – отмечалась «выносливость» этих клеток. Действительно, клетки HeLa не прекращают делиться даже в обычной лабораторной пробирке. И делают они это так агрессивно, что стоит лаборантам проявить малейшую неосторожность, клетки HeLa обязательно проникнут в другие культуры и спокойно заменят оригинальные клетки, в результате чего чистата проводимых экспериментов вызывает большие сомнения.

Кстати, в результате одного исследования, которое провели еще в 1974 году, была опытным путем установлена способность клеток HeLa «загрязнять» другие клеточные линии в лабораториях ученых.

Клетки HeLa: что показали исследования?

Почему клетки HeLa ведут себя таким образом? Потому что это не обычные клетки здоровых тканей тела, а клетки опухолевые, полученные из образца ткани раковой опухоли и содержащие патологические измененные гены непрерывного митоза раковых клеток человека. По сути, это клоны злокачественных клеток.

В 2013 году исследователи Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) сообщили о том, что с помощью спектрального кариотипирования они установили последовательность ДНК и РНК в геноме Генриетты Лэкс. И, сравнив с клетками HeLa, убедились: между генами HeLa и нормальными человеческими клетками поразительные различия...

Однако еще раньше цитогенетический анализ клеток HeLa привел к открытию многочисленных хромосомных аберраций и частичной геномной гибридизации этих клеток. Выяснилось, что клетки HeLa обладают гипертриплоидным (3n+) кариотипом и производят гетерогенные популяции клеток. При этом более чем у половины клонированных клеток HeLa выявлена анеуплоидия – изменение числа хромосом: 49, 69, 73 и даже 78 вместо 46.

Как оказалось, к геномной нестабильности фенотипа HeLa, потере маркеров хромосом и формированию дополнительных структурных аномалий причастны мультиполярные, полицентрические или многополюсные митозы в клетках HeLa. Это нарушения во время деления клетки, приводящее к патологической сегрегации хромосом. Если для здороаых клеток свойственна митотическая биполярность веретена деления, то в ходе деления раковой клетки образуется большее число полюсов и веретен деления, и обе дочерние клетки получают разное количество хромосом. И многополярность веретена при митозе клеток характерная особенность раковых клеток.

Изучая многополюсные митозы в клетках HeLa, генетики пришли к выводу, что весь процесс деления раковых клеток, в принципе, идет неправильно: профаза митоза короче, и формирование веретена деления предшествует делению хромосом; также раньше начинается метафаза, и хромосомы не успевают занять свое место, распределяясь бессистемно. Ну, а кочичество центросом как минимум вдвое больше необходимого.

Таким образом кариотип клетки HeLa нестаблен и может резко отличаться в разных лабораториях. Следовательно, результаты многих исследований – в условиях утраты генетической идентичности клеточного материала – просто невозможно воспроизвести в других условиях.

Наука сделала большие успехи благодаря способности манипулировать биологическими процессами в управляемом режиме. Последний наглядный пример – создание группой исследователей из США и Китая с помощью 3-D принтера реалистичной модели раковой опухоли, используя клетки HeLa.