Κύτταρα HeLa

Σχεδόν όλες οι επιστημονικές έρευνες στη μοριακή βιολογία, τη φαρμακολογία, την ιολογία, τη γενετική από τις αρχές του 20ού αιώνα χρησιμοποίησαν δείγματα πρωτογενών ζωντανών κυττάρων, τα οποία ελήφθησαν από έναν ζωντανό οργανισμό και καλλιεργήθηκαν με διάφορες βιοχημικές μεθόδους, επιτρέποντας την επέκταση της βιωσιμότητάς τους, δηλαδή την ικανότητα να διαιρούνται σε εργαστηριακές συνθήκες. Στα μέσα του περασμένου αιώνα, η επιστήμη έλαβε κύτταρα HeLa, τα οποία δεν υπόκεινται σε φυσικό βιολογικό θάνατο. Και αυτό επέτρεψε σε πολλές μελέτες να γίνουν μια σημαντική ανακάλυψη στη βιολογία και την ιατρική.

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

Από πού προήλθαν τα αθανατοποιημένα κύτταρα HeLa;

Η ιστορία της απόκτησης αυτών των «αθάνατων» κυττάρων (η αθανατοποίηση είναι η ικανότητα των κυττάρων να διαιρούνται επ' άπειρον) συνδέεται με μια φτωχή 31χρονη ασθενή του Νοσοκομείου Johns Hopkins στη Βαλτιμόρη - μια Αφροαμερικανίδα γυναίκα, μητέρα πέντε παιδιών ονόματι Henrietta Lacks, η οποία, έχοντας υποφέρει από καρκίνο του τραχήλου της μήτρας για οκτώ μήνες και έχοντας υποβληθεί σε εσωτερική ακτινοβολία (βραχυθεραπεία), πέθανε σε αυτό το νοσοκομείο στις 4 Οκτωβρίου 1951.

Λίγο πριν από αυτό, ενώ προσπαθούσε να θεραπεύσει την Ενριέτα για καρκίνο του τραχήλου της μήτρας, ο θεράπων ιατρός, χειρουργός Χάουαρντ Γουίλμπουρ Τζόουνς, πήρε ένα δείγμα ιστού όγκου για εξέταση και το έστειλε στο εργαστήριο του νοσοκομείου, με επικεφαλής τότε τον Τζορτζ Ότο Γκέι, πτυχιούχο βιολογίας.

Ο βιολόγος έμεινε άναυδος από τη βιοψία: τα κύτταρα των ιστών δεν πέθαναν μετά τον καθορισμένο χρόνο ως αποτέλεσμα της απόπτωσης, αλλά συνέχισαν να πολλαπλασιάζονται, και μάλιστα με εκπληκτικό ρυθμό. Ο ερευνητής κατάφερε να απομονώσει ένα συγκεκριμένο δομικό κύτταρο και να το πολλαπλασιάσει. Τα κύτταρα που προέκυψαν συνέχισαν να διαιρούνται και σταμάτησαν να πεθαίνουν στο τέλος του μιτωτικού κύκλου.

Και λίγο μετά τον θάνατο του ασθενούς (του οποίου το όνομα δεν αποκαλύφθηκε, αλλά κρυπτογραφήθηκε ως η συντομογραφία HeLa), εμφανίστηκε μια μυστηριώδης καλλιέργεια κυττάρων HeLa.

Μόλις έγινε σαφές ότι τα κύτταρα HeLa – που είναι διαθέσιμα εκτός του ανθρώπινου σώματος – δεν υπόκεινται σε προγραμματισμένο θάνατο, η ζήτηση για αυτά για διάφορες μελέτες και πειράματα άρχισε να αυξάνεται. Και η περαιτέρω εμπορευματοποίηση της απροσδόκητης ανακάλυψης οδήγησε στην οργάνωση της σειριακής παραγωγής – για την πώληση κυττάρων HeLa σε πολλά επιστημονικά κέντρα και εργαστήρια.

Χρησιμοποιώντας κύτταρα HeLa

Το 1955, τα κύτταρα HeLa έγιναν τα πρώτα ανθρώπινα κύτταρα που κλωνοποιήθηκαν και τα κύτταρα HeLa έχουν χρησιμοποιηθεί παγκοσμίως για τη μελέτη του κυτταρικού μεταβολισμού στον καρκίνο, της διαδικασίας γήρανσης, των αιτιών του AIDS, των χαρακτηριστικών του ιού των ανθρώπινων θηλωμάτων και άλλων ιογενών λοιμώξεων, των επιπτώσεων της ακτινοβολίας και των τοξικών ουσιών, της χαρτογράφησης γονιδίων, του ελέγχου νέων φαρμακευτικών προϊόντων, του ελέγχου καλλυντικών κ.λπ.

Σύμφωνα με ορισμένα στοιχεία, η καλλιέργεια αυτών των ταχέως αναπτυσσόμενων κυττάρων έχει χρησιμοποιηθεί σε 70-80 χιλιάδες ιατρικές μελέτες παγκοσμίως. Περίπου 20 τόνοι κυτταροκαλλιέργειας HeLa καλλιεργούνται ετησίως για επιστημονικές ανάγκες και έχουν καταχωρηθεί περισσότερες από 10 χιλιάδες διπλώματα ευρεσιτεχνίας που αφορούν αυτά τα κύτταρα.

Η διάδοση του νέου εργαστηριακού βιοϋλικού διευκολύνθηκε από το γεγονός ότι το 1954 το στέλεχος κυττάρων HeLa χρησιμοποιήθηκε από Αμερικανούς ιολόγους για να δοκιμάσουν το εμβόλιο πολιομυελίτιδας που είχαν αναπτύξει.

Για δεκαετίες, η κυτταροκαλλιέργεια HeLa έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως ως ένα απλό μοντέλο για τη δημιουργία πιο οπτικών εκδοχών σύνθετων βιολογικών συστημάτων. Και η δυνατότητα κλωνοποίησης αθανατοποιημένων κυτταρικών σειρών επιτρέπει επαναλαμβανόμενες αναλύσεις σε γενετικά πανομοιότυπα κύτταρα, κάτι που αποτελεί προϋπόθεση για τη βιοϊατρική έρευνα.

Στην αρχή κιόλας – στην ιατρική βιβλιογραφία εκείνων των ετών – σημειώθηκε η «αντοχή» αυτών των κυττάρων. Πράγματι, τα κύτταρα HeLa δεν σταματούν να διαιρούνται ούτε καν σε έναν κανονικό εργαστηριακό δοκιμαστικό σωλήνα. Και το κάνουν τόσο επιθετικά που αν οι τεχνικοί εργαστηρίου δείξουν την παραμικρή αμέλεια, τα κύτταρα HeLa σίγουρα θα διεισδύσουν σε άλλες καλλιέργειες και θα αντικαταστήσουν ήρεμα τα αρχικά κύτταρα, με αποτέλεσμα η καθαρότητα των πειραμάτων να είναι εξαιρετικά αμφισβητήσιμη.

Παρεμπιπτόντως, ως αποτέλεσμα μιας μελέτης, η οποία διεξήχθη το 1974, η ικανότητα των κυττάρων HeLa να «μολύνουν» άλλες κυτταρικές σειρές στα εργαστήρια των επιστημόνων διαπιστώθηκε πειραματικά.

Κύτταρα HeLa: τι έδειξε η έρευνα;

Γιατί τα κύτταρα HeLa συμπεριφέρονται με αυτόν τον τρόπο; Επειδή δεν είναι φυσιολογικά κύτταρα υγιών ιστών του σώματος, αλλά καρκινικά κύτταρα που λαμβάνονται από δείγμα ιστού καρκινικού όγκου και περιέχουν παθολογικά τροποποιημένα γονίδια συνεχούς μίτωσης ανθρώπινων καρκινικών κυττάρων. Στην ουσία, είναι κλώνοι κακοήθων κυττάρων.

Το 2013, ερευνητές στο Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας (EMBL) ανέφεραν ότι είχαν προσδιορίσει την αλληλουχία του DNA και του RNA στο γονιδίωμα της Henrietta Lacks χρησιμοποιώντας φασματική καρυοτυπία. Και όταν το συνέκριναν με κύτταρα HeLa, διαπίστωσαν ότι υπήρχαν εντυπωσιακές διαφορές μεταξύ των γονιδίων στα κύτταρα HeLa και στα φυσιολογικά ανθρώπινα κύτταρα...

Ωστόσο, ακόμη νωρίτερα, η κυτταρογενετική ανάλυση των κυττάρων HeLa οδήγησε στην ανακάλυψη πολυάριθμων χρωμοσωμικών ανωμαλιών και μερικής γονιδιωματικής υβριδοποίησης αυτών των κυττάρων. Αποδείχθηκε ότι τα κύτταρα HeLa έχουν υπερτριπλοειδικό (3n+) καρυότυπο και παράγουν ετερογενείς κυτταρικούς πληθυσμούς. Επιπλέον, περισσότερα από τα μισά κλωνοποιημένα κύτταρα HeLa βρέθηκαν να έχουν ανευπλοειδία - μια αλλαγή στον αριθμό των χρωμοσωμάτων: 49, 69, 73, ακόμη και 78 αντί για 46.

Όπως αποδείχθηκε, οι πολυπολικές, πολυκεντρικές ή πολυπολικές μιτώσεις στα κύτταρα HeLa εμπλέκονται στην γονιδιωματική αστάθεια του φαινοτύπου HeLa, στην απώλεια χρωμοσωμικών δεικτών και στον σχηματισμό επιπρόσθετων δομικών ανωμαλιών. Αυτές είναι διαταραχές κατά την κυτταρική διαίρεση, που οδηγούν σε παθολογικό διαχωρισμό των χρωμοσωμάτων. Εάν η μιτωτική διπολικότητα της ατράκτου διαίρεσης είναι χαρακτηριστική των υγιών κυττάρων, τότε κατά τη διαίρεση ενός καρκινικού κυττάρου, σχηματίζεται μεγαλύτερος αριθμός πόλων και ατράκτων διαίρεσης και και τα δύο θυγατρικά κύτταρα λαμβάνουν διαφορετικό αριθμό χρωμοσωμάτων. Και η πολυπολικότητα της ατράκτου κατά τη διάρκεια της κυτταρικής μίτωσης είναι χαρακτηριστικό γνώρισμα των καρκινικών κυττάρων.

Μελετώντας τις πολυπολικές μιτώσεις σε κύτταρα HeLa, οι γενετιστές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ολόκληρη η διαδικασία της διαίρεσης των καρκινικών κυττάρων είναι, κατ' αρχήν, λανθασμένη: η πρόφαση της μίτωσης είναι μικρότερη και ο σχηματισμός της ατράκτου διαίρεσης προηγείται της διαίρεσης των χρωμοσωμάτων. Η μετάφαση ξεκινά επίσης νωρίτερα και τα χρωμοσώματα δεν έχουν χρόνο να πάρουν τη θέση τους, κατανέμοντάς τα τυχαία. Λοιπόν, ο αριθμός των κεντροσωμάτων είναι τουλάχιστον διπλάσιος από τον απαραίτητο.

Έτσι, ο καρυότυπος του κυττάρου HeLa είναι ασταθής και μπορεί να διαφέρει σημαντικά μεταξύ των εργαστηρίων. Κατά συνέπεια, τα αποτελέσματα πολλών μελετών - δεδομένης της απώλειας της γενετικής ταυτότητας του κυτταρικού υλικού - είναι απλώς αδύνατο να αναπαραχθούν υπό άλλες συνθήκες.

Η επιστήμη έχει σημειώσει μεγάλη πρόοδο στην ικανότητά της να χειρίζεται βιολογικές διεργασίες με ελεγχόμενο τρόπο. Το πιο πρόσφατο παράδειγμα είναι η δημιουργία ενός ρεαλιστικού μοντέλου καρκινικού όγκου χρησιμοποιώντας κύτταρα HeLa και έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή από μια ομάδα ερευνητών από τις ΗΠΑ και την Κίνα.