HeLa sejtek

A 20. század eleje óta a molekuláris biológia, farmakológia, virológia és genetika területén végzett szinte minden tudományos kutatás primer élő sejtek mintáit használta, amelyeket élő szervezetből nyertek ki és különféle biokémiai módszerekkel tenyésztettek, lehetővé téve életképességük, azaz laboratóriumi körülmények között történő osztódási képességük meghosszabbítását. A múlt század közepén a tudomány megkapta a HeLa sejteket, amelyek nem voltak kitéve a természetes biológiai halálnak. Ez pedig lehetővé tette számos tanulmány számára, hogy áttörést jelentsenek a biológiában és az orvostudományban.

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

Honnan származnak az immortalizált HeLa sejtek?

Ezen „halhatatlan” sejtek (az immortalizáció a sejtek végtelen osztódási képessége) megszerzésének története egy szegény, 31 éves baltimore-i Johns Hopkins Kórház betegéhez, egy Henrietta Lacks nevű afroamerikai nőhöz, ötgyermekes anyához kötődik, aki nyolc hónapig méhnyakrákban szenvedett és belső sugárterápián (brachyterápián) esett át, majd 1951. október 4-én halt meg ebben a kórházban.

Röviddel ez előtt, miközben Henriettát méhnyakrák miatt próbálták kezelni, a kezelőorvos, Howard Wilbur Jones sebész, tumorszövet-mintát vett vizsgálatra, és elküldte a kórház laboratóriumába, amelyet akkoriban George Otto Gey biológia szakos hallgató vezetett.

A biológust megdöbbentette a biopszia eredménye: a szöveti sejtek nem pusztultak el a megadott idő után az apoptózis következtében, hanem tovább szaporodtak, ráadásul elképesztő sebességgel. A kutatónak sikerült izolálnia egy specifikus strukturális sejtet és azt felszaporítania. A kapott sejtek tovább osztódtak, és a mitotikus ciklus végén abbahagyták a pusztulást.

És nem sokkal a beteg halála után (akinek a nevét nem hozták nyilvánosságra, de HeLa rövidítéssel titkosították), megjelent a HeLa sejtek titokzatos kultúrája.

Amint világossá vált, hogy a HeLa sejtek – amelyek az emberi testen kívül is elérhetők – nem programozott halálnak vannak kitéve, megnőtt az irántuk való igény különféle tanulmányokhoz és kísérletekhez. A váratlan felfedezés további kereskedelmi hasznosítása pedig a sorozatgyártás megszervezéséhez vezetett – a HeLa sejtek számos tudományos központnak és laboratóriumnak történő értékesítésére.

HeLa sejtek használata

1955-ben a HeLa sejteket klónozták az első emberi sejtekké, és a HeLa sejteket világszerte használják a rákos sejtek anyagcseréjének, az öregedési folyamatoknak, az AIDS okainak, a humán papillomavírus és más vírusfertőzések jellemzőinek, a sugárzás és a mérgező anyagok hatásainak, a géntérképezésnek, új gyógyszerek tesztelésének, kozmetikumok tesztelésének stb. tanulmányozására.

Egyes adatok szerint ezen gyorsan növekvő sejtek tenyészetét világszerte 70-80 ezer orvosi vizsgálatban használták fel. Évente körülbelül 20 tonna HeLa sejtkultúrát termesztenek tudományos célokra, és több mint 10 ezer szabadalmat regisztráltak ezekkel a sejtekkel kapcsolatban.

Az új laboratóriumi bioanyag népszerűsítését elősegítette, hogy 1954-ben amerikai virológusok használták a HeLa sejttörzset az általuk kifejlesztett gyermekbénulás elleni vakcina tesztelésére.

A HeLa sejtkultúrát évtizedek óta széles körben használják egyszerű modellként komplex biológiai rendszerek vizuálisabb változatainak létrehozására. Az immortalizált sejtvonalak klónozásának képessége lehetővé teszi a genetikailag azonos sejtek ismételt elemzését, ami a biomedicinális kutatások előfeltétele.

Már a kezdet kezdetén – az akkori orvosi szakirodalomban – feljegyezték ezeknek a sejteknek a „állóképességét”. Valójában a HeLa sejtek még egy hagyományos laboratóriumi kémcsőben sem hagyják abba az osztódást. Ráadásul olyan agresszíven teszik ezt, hogy ha a laboránsok a legkisebb figyelmetlenséget is tanúsítják, a HeLa sejtek biztosan behatolnak más kultúrákba, és nyugodtan helyettesítik az eredeti sejteket, aminek eredményeként a kísérletek tisztasága erősen megkérdőjelezhető.

Egyébként egy 1974-ben végzett tanulmány eredményeként kísérletileg megállapították a HeLa sejtek azon képességét, hogy „szennyezzék” más sejtvonalakat a tudósok laboratóriumaiban.

HeLa sejtek: mit mutatott a kutatás?

Miért viselkednek így a HeLa sejtek? Azért, mert nem egészséges szövetek normál sejtjei, hanem rákos daganatszövet-mintából származó tumorsejtek, amelyek az emberi ráksejtek folyamatos mitózisának kórosan megváltozott génjeit tartalmazzák. Lényegében rosszindulatú sejtek klónjai.

2013-ban az Európai Molekuláris Biológiai Laboratórium (EMBL) kutatói arról számoltak be, hogy spektrális kariotípus-vizsgálattal szekvenálták Henrietta Lacks genomjának DNS-ét és RNS-ét. Amikor pedig összehasonlították a HeLa sejtekkel, azt találták, hogy szembetűnő különbségek vannak a HeLa és a normál emberi sejtek génjei között...

Azonban még korábban, a HeLa sejtek citogenetikai elemzése számos kromoszóma-rendellenesség felfedezéséhez és ezen sejtek részleges genomiális hibridizációjához vezetett. Kiderült, hogy a HeLa sejtek hipertriploid (3n+) kariotípussal rendelkeznek, és heterogén sejtpopulációkat hoznak létre. Ezenkívül a klónozott HeLa sejtek több mint fele aneuploidiát mutatott - a kromoszómák számának megváltozását: 49, 69, 73, sőt 78 a 46 helyett.

Kiderült, hogy a HeLa sejtekben a multipoláris, policentrikus vagy multipoláris mitózisok szerepet játszanak a HeLa fenotípus genomiális instabilitásában, a kromoszóma markerek elvesztésében és további szerkezeti rendellenességek kialakulásában. Ezek a sejtosztódás során fellépő zavarok, amelyek a kromoszómák kóros szegregációjához vezetnek. Ha az osztódási orsó mitotikus bipolaritása az egészséges sejtekre jellemző, akkor egy rákos sejt osztódása során nagyobb számú pólus és osztódási orsó alakul ki, és mindkét leánysejt eltérő számú kromoszómát kap. Az orsó multipolaritása a sejtmitózis során pedig a rákos sejtek jellemző tulajdonsága.

A HeLa sejtek multipoláris mitózisát vizsgálva a genetikusok arra a következtetésre jutottak, hogy a rákos sejtek osztódásának teljes folyamata elvileg hibás: a mitózis profázisa rövidebb, és az osztódási orsó kialakulása megelőzi a kromoszómák osztódását; a metafázis is korábban kezdődik, és a kromoszómáknak nincs idejük elfoglalni a helyüket, véletlenszerűen oszlanak el. Nos, a centroszómák száma legalább kétszer akkora, mint amennyire szükség lenne.

Így a HeLa sejt kariotípusa instabil, és laboratóriumonként jelentősen változhat. Következésképpen számos vizsgálat eredményei – a sejtes anyag genetikai identitásának elvesztése miatt – egyszerűen lehetetlenek más körülmények között reprodukálni.

A tudomány hatalmas előrelépéseket tett a biológiai folyamatok kontrollált módon történő manipulálásának képességében. A legújabb példa erre egy amerikai és kínai kutatócsoport által létrehozott, HeLa sejteket használó rákos daganat valósághű modellje 3D-s nyomtatóval.