Bunky HeLa

Takmer všetok vedecký výskum v molekulárnej biológii, farmakológii, virológii a genetike od začiatku 20. storočia využíval vzorky primárnych živých buniek, ktoré boli získané zo živého organizmu a kultivované rôznymi biochemickými metódami, čo umožnilo predĺžiť ich životaschopnosť, teda schopnosť deliť sa v laboratórnych podmienkach. V polovici minulého storočia veda získala bunky HeLa, ktoré nepodliehajú prirodzenej biologickej smrti. A to umožnilo mnohým štúdiám stať sa prelomovými v biológii a medicíne.

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

Odkiaľ pochádzajú imortalizované HeLa bunky?

Príbeh o získaní týchto „nehynúcich“ buniek (imortalizácia je schopnosť buniek deliť sa donekonečna) sa spája s chudobnou 31-ročnou pacientkou nemocnice Johnsa Hopkinsa v Baltimore – Afroameričankou, matkou piatich detí menom Henrietta Lacks, ktorá po osemmesačnom ochorení na rakovinu krčka maternice a podstúpení vnútorného ožarovania (brachyterapie) zomrela v tejto nemocnici 4. októbra 1951.

Krátko predtým, počas liečby Henrietty na karcinóm krčka maternice, ošetrujúci lekár, chirurg Howard Wilbur Jones, odobral vzorku nádorového tkaniva na vyšetrenie a poslal ju do nemocničného laboratória, ktoré vtedy viedol George Otto Gey, bakalár biológie.

Biológa ohromila biopsia: tkanivové bunky po stanovenom čase neodumreli v dôsledku apoptózy, ale naďalej sa množili a to ohromujúcou rýchlosťou. Výskumníkovi sa podarilo izolovať jednu špecifickú štrukturálnu bunku a rozmnožiť ju. Výsledné bunky sa ďalej delili a prestali odumierať na konci mitotického cyklu.

A krátko po smrti pacienta (ktorého meno nebolo zverejnené, ale zašifrované ako skratka HeLa) sa objavila záhadná kultúra buniek HeLa.

Keď sa ukázalo, že bunky HeLa – dostupné mimo ľudského tela – nepodliehajú programovanej smrti, začal rásť dopyt po nich pre rôzne štúdie a experimenty. A ďalšia komercializácia neočakávaného objavu viedla k organizácii sériovej výroby – predaja buniek HeLa mnohým vedeckým centrám a laboratóriám.

Použitie buniek HeLa

V roku 1955 sa bunky HeLa stali prvými klonovanými ľudskými bunkami a bunky HeLa sa používajú na celom svete na štúdium bunkového metabolizmu pri rakovine, procesu starnutia, príčin AIDS, charakteristík ľudského papilomavírusu a iných vírusových infekcií, účinkov žiarenia a toxických látok, mapovania génov, testovania nových liečiv, testovania kozmetiky atď.

Podľa niektorých údajov sa kultúra týchto rýchlo rastúcich buniek použila v 70 – 80 tisíc lekárskych štúdiách po celom svete. Ročne sa pre vedecké potreby vypestuje približne 20 ton bunkovej kultúry HeLa a bolo zaregistrovaných viac ako 10 tisíc patentov týkajúcich sa týchto buniek.

Popularizáciu nového laboratórneho biomateriálu uľahčila skutočnosť, že v roku 1954 americkí virológovia použili bunkový kmeň HeLa na testovanie vakcíny proti detskej obrne, ktorú vyvinuli.

Bunková kultúra HeLa sa už desaťročia hojne používa ako jednoduchý model na vytváranie vizuálnejších verzií zložitých biologických systémov. Schopnosť klonovať imortalizované bunkové línie umožňuje opakované analýzy geneticky identických buniek, čo je nevyhnutný predpoklad pre biomedicínsky výskum.

Už na samom začiatku – v lekárskej literatúre tých rokov – sa zaznamenávala „výdrž“ týchto buniek. Bunky HeLa sa skutočne neprestávajú deliť ani v bežnej laboratórnej skúmavke. A robia to tak agresívne, že ak laboratórni technici prejavia čo i len najmenšiu nedbanlivosť, bunky HeLa určite preniknú do iných kultúr a pokojne nahradia pôvodné bunky, v dôsledku čoho je čistota experimentov veľmi otázna.

Mimochodom, v dôsledku jednej štúdie, ktorá sa uskutočnila v roku 1974, bola experimentálne stanovená schopnosť buniek HeLa „kontaminovať“ iné bunkové línie v laboratóriách vedcov.

Bunky HeLa: čo ukázal výskum?

Prečo sa bunky HeLa správajú takto? Pretože to nie sú normálne bunky zdravých telesných tkanív, ale nádorové bunky získané zo vzorky tkaniva rakovinového nádoru a obsahujúce patologicky zmenené gény kontinuálnej mitózy ľudských rakovinových buniek. V podstate ide o klony malígnych buniek.

V roku 2013 výskumníci z Európskeho laboratória molekulárnej biológie (EMBL) oznámili, že sekvenovali DNA a RNA v genóme Henrietty Lacksovej pomocou spektrálnej karyotypizácie. A keď ho porovnali s bunkami HeLa, zistili, že medzi génmi v bunkách HeLa a normálnych ľudských bunkách existujú výrazné rozdiely...

Avšak ešte skôr cytogenetická analýza buniek HeLa viedla k objavu početných chromozómových aberácií a čiastočnej genomickej hybridizácie týchto buniek. Ukázalo sa, že bunky HeLa majú hypertriploidný (3n+) karyotyp a produkujú heterogénne bunkové populácie. Navyše, viac ako polovica klonovaných buniek HeLa mala aneuploidiu - zmenu v počte chromozómov: 49, 69, 73 a dokonca 78 namiesto 46.

Ako sa ukázalo, multipolárne, polycentrické alebo multipolárne mitózy v bunkách HeLa sa podieľajú na genomickej nestabilite fenotypu HeLa, strate chromozómových markerov a tvorbe ďalších štrukturálnych abnormalít. Ide o poruchy počas bunkového delenia, ktoré vedú k patologickej segregácii chromozómov. Ak je mitotická bipolarita deliaceho vretienka charakteristická pre zdravé bunky, potom počas delenia rakovinovej bunky sa vytvorí väčší počet pólov a deliacich vretienok a obe dcérske bunky dostanú odlišný počet chromozómov. A multipolarita vretienka počas bunkovej mitózy je charakteristickým znakom rakovinových buniek.

Pri štúdiu multipolárnych mitóz v bunkách HeLa dospeli genetici k záveru, že celý proces delenia rakovinových buniek je v zásade nesprávny: profáza mitózy je kratšia a tvorba deliaceho vretienka predchádza deleniu chromozómov; metafáza tiež začína skôr a chromozómy nemajú čas zaujať svoje miesto a rozmiestnia sa náhodne. Nuž, počet centrosómov je najmenej dvakrát taký veľký, ako je potrebné.

Karyotyp bunky HeLa je teda nestabilný a môže sa medzi laboratóriami značne líšiť. V dôsledku toho je výsledky mnohých štúdií – vzhľadom na stratu genetickej identity bunkového materiálu – jednoducho nemožné reprodukovať za iných podmienok.

Veda dosiahla veľký pokrok v oblasti manipulácie biologických procesov kontrolovaným spôsobom. Najnovším príkladom je vytvorenie realistického modelu rakovinového nádoru s použitím buniek HeLa pomocou 3D tlačiarne skupinou výskumníkov z USA a Číny.