Celule HeLa

Aproape toate cercetările științifice în biologie moleculară, farmacologie, virologie, genetică de la începutul secolului al XX-lea au folosit mostre de celule vii primare, obținute dintr-un organism viu și cultivate prin diverse metode biochimice, permițând extinderea viabilității lor, adică a capacității de a se diviza în condiții de laborator. La mijlocul secolului trecut, știința a primit celule HeLa, care nu sunt supuse morții biologice naturale. Și acest lucru a permis multor studii să devină un progres în biologie și medicină.

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

De unde provin celulele HeLa imortalizate?

Povestea obținerii acestor celule „nemuritoare” (imortalizarea este capacitatea celulelor de a se diviza la infinit) este legată de o pacientă săracă în vârstă de 31 de ani a Spitalului Johns Hopkins din Baltimore - o femeie afro-americană, mamă a cinci copii, pe nume Henrietta Lacks, care, suferind de cancer de col uterin timp de opt luni și fiind supusă radioterapiei interne (brahiterapie), a murit în acest spital pe 4 octombrie 1951.

Cu puțin timp înainte, în timp ce încerca să o trateze pe Henrietta pentru carcinom cervical, medicul curant, chirurgul Howard Wilbur Jones, a prelevat o mostră de țesut tumoral pentru examinare și a trimis-o la laboratorul spitalului, condus pe atunci de George Otto Gey, licențiat în biologie.

Biologul a fost uimit de biopsie: celulele țesutului nu au murit după timpul alocat ca urmare a apoptozei, ci au continuat să se înmulțească, și într-un ritm uimitor. Cercetătorul a reușit să izoleze o anumită celulă structurală și să o înmulțească. Celulele rezultate au continuat să se dividă și au încetat să moară la sfârșitul ciclului mitotic.

Și la scurt timp după moartea pacientului (al cărui nume nu a fost dezvăluit, dar criptat ca abrevierea HeLa), a apărut o cultură misterioasă de celule HeLa.

Odată ce a devenit clar că celulele HeLa – disponibile în afara corpului uman – nu erau supuse morții programate, cererea pentru acestea pentru diverse studii și experimente a început să crească. Iar comercializarea ulterioară a descoperirii neașteptate a dus la organizarea producției în serie – pentru vânzarea de celule HeLa către numeroase centre științifice și laboratoare.

Utilizarea celulelor HeLa

În 1955, celulele HeLa au devenit primele celule umane clonate, iar celulele HeLa au fost utilizate la nivel mondial pentru a studia metabolismul celular în cancer; procesul de îmbătrânire; cauzele SIDA; caracteristicile papilomavirusului uman și ale altor infecții virale; efectele radiațiilor și ale substanțelor toxice; cartografierea genelor; testarea de noi produse farmaceutice; testarea cosmeticelor etc.

Conform unor date, cultura acestor celule cu creștere rapidă a fost utilizată în 70-80 de mii de studii medicale la nivel mondial. Aproximativ 20 de tone de celule HeLa sunt cultivate anual pentru nevoi științifice și au fost înregistrate peste 10 mii de brevete care implică aceste celule.

Popularizarea noului biomaterial de laborator a fost facilitată de faptul că în 1954 tulpina de celule HeLa a fost utilizată de virologii americani pentru a testa vaccinul antipoliomielitic pe care îl dezvoltaseră.

Timp de decenii, cultura de celule HeLa a fost utilizată pe scară largă ca model simplu pentru crearea unor versiuni mai vizuale ale sistemelor biologice complexe. Iar capacitatea de a clona linii celulare imortalizate permite analize repetate pe celule identice genetic, o condiție prealabilă pentru cercetarea biomedicală.

Încă de la început – în literatura medicală a acelor ani – a fost remarcată „rezistența” acestor celule. Într-adevăr, celulele HeLa nu se opresc din diviziune nici măcar într-o eprubetă obișnuită de laborator. Și o fac atât de agresiv încât, dacă tehnicienii de laborator dau dovadă de cea mai mică neglijență, celulele HeLa vor pătrunde cu siguranță în alte culturi și vor înlocui cu calm celulele originale, drept urmare puritatea experimentelor este extrem de îndoielnică.

Apropo, în urma unui studiu realizat în 1974, a fost stabilită experimental capacitatea celulelor HeLa de a „contamina” alte linii celulare din laboratoarele oamenilor de știință.

Celulele HeLa: ce a arătat studiul?

De ce se comportă celulele HeLa în acest fel? Deoarece nu sunt celule normale ale țesuturilor sănătoase ale corpului, ci celule tumorale obținute dintr-o probă de țesut tumoral canceros și care conțin gene modificate patologic ale mitozei continue a celulelor canceroase umane. În esență, sunt clone ale celulelor maligne.

În 2013, cercetătorii de la Laboratorul European de Biologie Moleculară (EMBL) au raportat că au secvențiat ADN-ul și ARN-ul din genomul Henriettei Lacks folosind cariotiparea spectrală. Și când l-au comparat cu celulele HeLa, au descoperit că existau diferențe izbitoare între genele din HeLa și celulele umane normale...

Cu toate acestea, chiar mai devreme, analiza citogenetică a celulelor HeLa a condus la descoperirea a numeroase aberații cromozomiale și la hibridizarea genomică parțială a acestor celule. S-a dovedit că celulele HeLa au un cariotip hipertriploid (3n+) și produc populații celulare eterogene. Mai mult, s-a constatat că mai mult de jumătate din celulele HeLa clonate prezintă aneuploidie - o modificare a numărului de cromozomi: 49, 69, 73 și chiar 78 în loc de 46.

După cum s-a dovedit, mitozele multipolare, policentrice sau multipolare din celulele HeLa sunt implicate în instabilitatea genomică a fenotipului HeLa, pierderea markerilor cromozomiali și formarea unor anomalii structurale suplimentare. Acestea sunt perturbări în timpul diviziunii celulare, care duc la segregarea patologică a cromozomilor. Dacă bipolaritatea mitotică a fusului de diviziune este caracteristică celulelor sănătoase, atunci în timpul diviziunii unei celule canceroase se formează un număr mai mare de poli și fusuri de diviziune, iar ambele celule fiice primesc un număr diferit de cromozomi. Iar multipolaritatea fusului în timpul mitozei celulare este o trăsătură caracteristică a celulelor canceroase.

Studiind mitozele multipolare din celulele HeLa, geneticienii au ajuns la concluzia că întregul proces de diviziune a celulelor canceroase este, în principiu, incorect: profaza mitozei este mai scurtă, iar formarea fusului de diviziune precede diviziunea cromozomilor; metafaza începe, de asemenea, mai devreme, iar cromozomii nu au timp să-și ia locul, distribuindu-se la întâmplare. Ei bine, numărul de centrozomi este de cel puțin două ori mai mare decât este necesar.

Astfel, cariotipul celulei HeLa este instabil și poate varia foarte mult între laboratoare. În consecință, rezultatele multor studii - având în vedere pierderea identității genetice a materialului celular - sunt pur și simplu imposibil de reprodus în alte condiții.

Știința a făcut progrese mari în capacitatea sa de a manipula procesele biologice într-un mod controlat. Cel mai recent exemplu este crearea unui model realist al unei tumori canceroase folosind celule HeLa cu ajutorul unei imprimante 3D de către un grup de cercetători din SUA și China.