HeLa šūnas

Gandrīz visos zinātniskajos pētījumos molekulārajā bioloģijā, farmakoloģijā, virusoloģijā, ģenētikā kopš 20. gadsimta sākuma tika izmantoti primāro dzīvo šūnu paraugi, kas tika iegūti no dzīva organisma un kultivēti ar dažādām bioķīmiskām metodēm, ļaujot pagarināt to dzīvotspēju, tas ir, spēju dalīties laboratorijas apstākļos. Pagājušā gadsimta vidū zinātne ieguva HeLa šūnas, kas nav pakļautas dabiskai bioloģiskai nāvei. Un tas ļāva daudziem pētījumiem kļūt par izrāvienu bioloģijā un medicīnā.

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

No kurienes radās iemūžinātās HeLa šūnas?

Stāsts par šo "nemirstīgo" šūnu iegūšanu (immortalizācija ir šūnu spēja bezgalīgi dalīties) ir saistīts ar nabadzīgu 31 gadu vecu Džona Hopkinsa slimnīcas pacienti Baltimorā – afroamerikānieti, piecu bērnu māti vārdā Henrieta Laksa, kura, astoņus mēnešus cietusi no dzemdes kakla vēža un pārcietusi iekšējo staru terapiju (brahiterapiju), nomira šajā slimnīcā 1951. gada 4. oktobrī.

Neilgi pirms tam, mēģinot ārstēt Henrietu no dzemdes kakla karcinomas, ārstējošais ārsts, ķirurgs Hovards Vilburs Džounss, paņēma audzēja audu paraugu pārbaudei un nosūtīja to uz slimnīcas laboratoriju, kuru toreiz vadīja bioloģijas bakalaurs Džordžs Oto Gejs.

Bioloģi apstulbināja biopsija: audu šūnas nenomira pēc atvēlētā laika apoptozes rezultātā, bet turpināja vairoties, turklāt pārsteidzošā ātrumā. Pētniekam izdevās izolēt vienu specifisku strukturālu šūnu un to pavairot. Iegūtās šūnas turpināja dalīties un mitotiskā cikla beigās pārstāja iet bojā.

Un drīz pēc pacienta nāves (kura vārds netika atklāts, bet šifrēts kā saīsinājums HeLa) parādījās noslēpumaina HeLa šūnu kultūra.

Tiklīdz kļuva skaidrs, ka HeLa šūnas, kas pieejamas ārpus cilvēka ķermeņa, nav pakļautas ieprogrammētai nāvei, pieprasījums pēc tām dažādiem pētījumiem un eksperimentiem sāka pieaugt. Un negaidītā atklājuma tālāka komercializācija noveda pie sērijveida ražošanas organizēšanas – HeLa šūnu pārdošanai daudziem zinātniskiem centriem un laboratorijām.

Izmantojot HeLa šūnas

1955. gadā HeLa šūnas kļuva par pirmajām klonētajām cilvēka šūnām, un HeLa šūnas visā pasaulē ir izmantotas, lai pētītu šūnu metabolismu vēža gadījumā; novecošanās procesu; AIDS cēloņus; cilvēka papilomas vīrusa un citu vīrusu infekciju īpašības; radiācijas un toksisko vielu iedarbību; gēnu kartēšanu; jaunu farmaceitisko līdzekļu testēšanu; kosmētikas testēšanu utt.

Saskaņā ar dažiem datiem, šo ātri augošo šūnu kultūra ir izmantota 70–80 tūkstošos medicīnisko pētījumu visā pasaulē. Zinātniskām vajadzībām katru gadu tiek audzētas aptuveni 20 tonnas HeLa šūnu kultūras, un ir reģistrēti vairāk nekā 10 tūkstoši patentu, kas saistīti ar šīm šūnām.

Jaunā laboratorijas biomateriāla popularizēšanu veicināja fakts, ka 1954. gadā amerikāņu virusologi izmantoja HeLa šūnu celmu, lai pārbaudītu viņu izstrādāto poliomielīta vakcīnu.

Gadu desmitiem HeLa šūnu kultūra ir plaši izmantota kā vienkāršs modelis sarežģītu bioloģisko sistēmu vizuālāku versiju izveidei. Un spēja klonēt nemirstīgas šūnu līnijas ļauj veikt atkārtotas analīzes ar ģenētiski identiskām šūnām, kas ir biomedicīnisko pētījumu priekšnoteikums.

Jau pašā sākumā – to gadu medicīnas literatūrā – tika atzīmēta šo šūnu “izturība”. Patiešām, HeLa šūnas nepārstāj dalīties pat parastā laboratorijas mēģenē. Un tās to dara tik agresīvi, ka, ja laboratorijas tehniķi izrādīs kaut mazāko neuzmanību, HeLa šūnas noteikti iekļūs citās kultūrās un mierīgi aizstās sākotnējās šūnas, kā rezultātā eksperimentu tīrība ir ļoti apšaubāma.

Starp citu, viena pētījuma rezultātā, kas tika veikts 1974. gadā, tika eksperimentāli pierādīta HeLa šūnu spēja "piesārņot" citas šūnu līnijas zinātnieku laboratorijās.

HeLa šūnas: ko parādīja pētījums?

Kāpēc HeLa šūnas uzvedas šādi? Tāpēc, ka tās nav normālas veselīgu ķermeņa audu šūnas, bet gan audzēja šūnas, kas iegūtas no vēža audzēja audu parauga un satur patoloģiski izmainītus cilvēka vēža šūnu nepārtrauktas mitozes gēnus. Būtībā tās ir ļaundabīgu šūnu kloni.

2013. gadā Eiropas Molekulārās bioloģijas laboratorijas (EMBL) pētnieki ziņoja, ka, izmantojot spektrālo kariotipēšanu, viņiem ir izdevies sekvencēt Henrietas Laksas genoma DNS un RNS. Salīdzinot to ar HeLa šūnu gēniem, viņi atklāja pārsteidzošas atšķirības starp HeLa un normālu cilvēka šūnu gēniem...

Tomēr vēl agrāk HeLa šūnu citogēnētiskā analīze atklāja daudzas hromosomu aberācijas un daļēju šo šūnu genomisko hibridizāciju. Izrādījās, ka HeLa šūnām ir hipertriploīds (3n+) kariotips un tās veido heterogēnas šūnu populācijas. Turklāt vairāk nekā pusei klonēto HeLa šūnu tika konstatēta aneiploīdija – hromosomu skaita izmaiņas: 49, 69, 73 un pat 78 46 vietā.

Kā izrādījās, HeLa šūnu multipolāras, policentriskas vai daudzpolāras mitozes ir iesaistītas HeLa fenotipa genoma nestabilitātē, hromosomu marķieru zudumā un papildu strukturālu anomāliju veidošanā. Tie ir traucējumi šūnu dalīšanās laikā, kas noved pie hromosomu patoloģiskas segregācijas. Ja veselām šūnām raksturīga dalīšanās vārpstas mitotiskā bipolaritāte, tad vēža šūnas dalīšanās laikā veidojas lielāks polu un dalīšanās vārpstu skaits, un abas meitas šūnas saņem atšķirīgu hromosomu skaitu. Un vārpstas multipolaritāte šūnu mitozes laikā ir raksturīga vēža šūnām.

Pētot multipolāras mitozes HeLa šūnās, ģenētiķi nonāca pie secinājuma, ka viss vēža šūnu dalīšanās process principā ir nepareizs: mitozes profāze ir īsāka, un dalīšanās vārpstas veidošanās notiek pirms hromosomu dalīšanās; arī metafāze sākas agrāk, un hromosomām nav laika ieņemt savu vietu, tās sadalās haotiski. Nu, centrosomu skaits ir vismaz divreiz lielāks nekā nepieciešams.

Tādējādi HeLa šūnas kariotips ir nestabils un var ievērojami atšķirties dažādās laboratorijās. Līdz ar to daudzu pētījumu rezultātus, ņemot vērā šūnu materiāla ģenētiskās identitātes zudumu, vienkārši nav iespējams reproducēt citos apstākļos.

Zinātne ir spērusi lielus soļus spējā kontrolēti manipulēt ar bioloģiskajiem procesiem. Jaunākais piemērs ir reālistiska vēža audzēja modeļa izveide, izmantojot HeLa šūnas un 3D printeri, ko veica pētnieku grupa no ASV un Ķīnas.