Buňky HeLa

Téměř veškerý vědecký výzkum v molekulární biologii, farmakologii, virologii a genetice od začátku 20. století využíval vzorky primárních živých buněk, které byly získány z živého organismu a kultivovány různými biochemickými metodami, což umožnilo prodloužit jejich životaschopnost, tj. schopnost dělení v laboratorních podmínkách. V polovině minulého století věda získala buňky HeLa, které nepodléhají přirozené biologické smrti. A to umožnilo mnoha studiím stát se průlomovými v biologii a medicíně.

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

Odkud se vzaly imortalizované buňky HeLa?

Příběh o získání těchto „nehynoucích“ buněk (imortalizace je schopnost buněk se donekonečna dělit) je spojen s chudou 31letou pacientkou nemocnice Johnse Hopkinse v Baltimoru – Afroameričankou, matkou pěti dětí, jménem Henrietta Lacks, která po osmiměsíčním onemocnění rakovinou děložního čípku a podstoupení vnitřního ozařování (brachyterapie) v této nemocnici zemřela 4. října 1951.

Krátce předtím, když se ošetřující lékař, chirurg Howard Wilbur Jones, snažil Henriettu léčit s karcinomem děložního čípku, odebral vzorek nádorové tkáně k vyšetření a poslal jej do nemocniční laboratoře, kterou tehdy vedl George Otto Gey, bakalář biologie.

Biologa biopsie ohromila: tkáňové buňky po stanovené době nezemřely v důsledku apoptózy, ale pokračovaly v množení, a to ohromující rychlostí. Výzkumníkovi se podařilo izolovat jednu specifickou strukturální buňku a rozmnožit ji. Výsledné buňky se dále dělily a na konci mitotického cyklu přestaly umírat.

A krátce po smrti pacienta (jehož jméno nebylo zveřejněno, ale zašifrováno jako zkratka HeLa) se objevila záhadná kultura buněk HeLa.

Jakmile se ukázalo, že buňky HeLa – dostupné mimo lidské tělo – nepodléhají programované smrti, začala po nich růst poptávka pro různé studie a experimenty. A další komercializace nečekaného objevu vyústila v organizaci sériové výroby – prodeje buněk HeLa do řady vědeckých center a laboratoří.

Použití buněk HeLa

V roce 1955 se buňky HeLa staly prvními lidskými buňkami, které byly klonovány, a buňky HeLa se po celém světě používají ke studiu buněčného metabolismu u rakoviny, procesu stárnutí, příčin AIDS, charakteristik lidského papilomaviru a dalších virových infekcí, účinků záření a toxických látek, mapování genů, testování nových léčiv, testování kosmetiky atd.

Podle některých údajů byla kultura těchto rychle rostoucích buněk použita v 70–80 tisících lékařských studiích po celém světě. Pro vědecké potřeby se ročně vypěstuje asi 20 tun buněčné kultury HeLa a bylo registrováno více než 10 tisíc patentů týkajících se těchto buněk.

Popularizaci nového laboratorního biomateriálu usnadnila skutečnost, že v roce 1954 američtí virologové použili kmen buněk HeLa k testování jimi vyvinuté vakcíny proti obrně.

Po celá desetiletí se buněčná kultura HeLa široce používá jako jednoduchý model pro vytváření vizuálně věrnějších verzí složitých biologických systémů. Schopnost klonovat imortalizované buněčné linie umožňuje opakované analýzy geneticky identických buněk, což je nezbytný předpoklad pro biomedicínský výzkum.

Už na samém začátku – v lékařské literatuře oněch let – byla zaznamenána „výdrž“ těchto buněk. Buňky HeLa se skutečně nepřestávají dělit ani v běžné laboratorní zkumavce. A dělají to tak agresivně, že při sebemenší nedbalosti laboratorních techniků buňky HeLa rozhodně proniknou do jiných kultur a klidně nahradí původní buňky, v důsledku čehož je čistota experimentů velmi sporná.

Mimochodem, v důsledku jedné studie, která byla provedena již v roce 1974, byla experimentálně stanovena schopnost buněk HeLa „kontaminovat“ jiné buněčné linie v laboratořích vědců.

Buňky HeLa: co ukázal výzkum?

Proč se buňky HeLa chovají tímto způsobem? Protože se nejedná o normální buňky zdravých tělesných tkání, ale o nádorové buňky získané ze vzorku tkáně rakovinného nádoru, které obsahují patologicky pozměněné geny kontinuální mitózy lidských rakovinných buněk. V podstatě se jedná o klony maligních buněk.

V roce 2013 vědci z Evropské laboratoře molekulární biologie (EMBL) oznámili, že se jim podařilo sekvenovat DNA a RNA v genomu Henrietty Lacksové pomocí spektrální karyotypizace. A když jej porovnali s buňkami HeLa, zjistili, že mezi geny v HeLa a normálních lidských buňkách existují výrazné rozdíly...

Nicméně ještě dříve cytogenetická analýza buněk HeLa vedla k objevu četných chromozomálních aberací a částečné genomové hybridizace těchto buněk. Ukázalo se, že buňky HeLa mají hypertriploidní (3n+) karyotyp a produkují heterogenní buněčné populace. Navíc více než polovina klonovaných buněk HeLa měla aneuploidii - změnu v počtu chromozomů: 49, 69, 73 a dokonce 78 místo 46.

Jak se ukázalo, multipolární, polycentrické nebo multipolární mitózy v buňkách HeLa se podílejí na genomové nestabilitě fenotypu HeLa, ztrátě chromozomálních markerů a tvorbě dalších strukturálních abnormalit. Jedná se o poruchy během buněčného dělení, které vedou k patologické segregaci chromozomů. Pokud je mitotická bipolarita dělicího vřeténka charakteristická pro zdravé buňky, pak během dělení rakovinné buňky se tvoří větší počet pólů a dělicích vřetének a obě dceřiné buňky dostávají různý počet chromozomů. A multipolarita vřeténka během buněčné mitózy je charakteristickým rysem rakovinných buněk.

Studiem multipolárních mitóz v buňkách HeLa dospěli genetici k závěru, že celý proces dělení rakovinných buněk je v zásadě nesprávný: profáze mitózy je kratší a tvorba dělicího vřeténka předchází dělení chromozomů; metafáze také začíná dříve a chromozomy nemají čas zaujmout svá místa a rozmístí se náhodně. Počet centrosomů je tedy nejméně dvakrát větší, než je nutné.

Karyotyp buňky HeLa je tedy nestabilní a může se mezi laboratořemi značně lišit. V důsledku toho je výsledky mnoha studií – vzhledem ke ztrátě genetické identity buněčného materiálu – za jiných podmínek jednoduše nemožné reprodukovat.

Věda dosáhla velkého pokroku ve své schopnosti manipulovat s biologickými procesy kontrolovaným způsobem. Nejnovějším příkladem je vytvoření realistického modelu rakovinného nádoru s využitím buněk HeLa pomocí 3D tiskárny skupinou výzkumníků z USA a Číny.