HeLa ( / ˈ h iː l ɑː / ) — иммортализованная клеточная линия, используемая в научных исследованиях. Это старейшая клеточная линия человека и одна из наиболее часто используемых. [1] [2] Клетки HeLa долговечны и плодовиты, что позволяет широко применять их в научных исследованиях. [3] [4] Линия получена из клеток рака шейки матки , взятых 8 февраля 1951 года, [5] у Генриетты Лакс , 31-летней афроамериканки, матери пятерых детей, в честь которой линия названа. Лакс умер от рака 4 октября 1951 года .
Клетки раковой опухоли шейки матки Лакс были взяты без ее ведома, что в то время было обычной практикой в Соединенных Штатах. [7] Клеточный биолог Джордж Отто Гей обнаружил, что их можно сохранить живыми, [8] и разработал клеточную линию . Раньше клетки, выращенные из других человеческих клеток, выживали всего несколько дней, но клетки опухоли Лакса вели себя иначе.
В 1951 году женщина по имени Генриетта Лакс была госпитализирована в больницу Джонса Хопкинса с симптомами нерегулярного вагинального кровотечения; Впоследствии она лечилась от рака шейки матки. [9] Ее первое лечение провел Лоуренс Уортон-младший, который в то время без ее согласия собрал образцы тканей ее шейки матки. [10] Ее биопсия шейки матки предоставила образцы ткани для клинической оценки и исследования Джорджу Отто Гаю , руководителю лаборатории тканевых культур. Лаборантка Гая Мэри Кубичек использовала технику роликовой пробирки для культивирования клеток. [9] Было замечено, что клетки активно росли, удваиваясь каждые 20–24 часа, в отличие от предыдущих образцов, которые вымерли. [11]
Клетки были размножены Гей незадолго до того, как Лакс умерла от рака в 1951 году. Это была первая линия человеческих клеток, доказавшая свою эффективность in vitro , что стало научным достижением, принесшим в будущем огромную пользу медицинским исследованиям. Гей бесплатно жертвовал эти клетки, а также инструменты и процессы, разработанные его лабораторией, любому ученому, который их запросил, просто на благо науки. Ни Лакс, ни ее семья не дали разрешения на сбор клеток. [12] Позже клетки были коммерциализированы, хотя в их первоначальном виде так и не были запатентованы. В то время не было необходимости информировать пациентов или их родственников о таких вопросах, поскольку выброшенный материал или материал, полученный во время операции, диагностики или терапии, являлся собственностью врача или медицинского учреждения. [ нужна цитата ]
Как было принято у лаборанта Гая, культура была названа в честь первых двух букв имени и фамилии Генриетты Лакс, He + La. [9] До того, как в 1970-х годах стало известно о ее настоящем имени, Ошибочно полагали, что линия клеток «HeLa» была названа в честь «Хелен Лейн» или «Хелен Ларсон». [4] [13]
Когда другие клеточные культуры были заражены подозрительными клетками HeLa, одна исследовательская группа связалась с семьей Лакс, [ когда? ] ищет образцы ДНК, которые помогут идентифицировать загрязняющие клеточные линии. Семья так и не поняла цели визита, но была огорчена тем, что не поняла то, что им сказали исследователи. [13] [14] Эти клетки рассматриваются как раковые, поскольку они происходят из биопсии, взятой из видимого поражения шейки матки в рамках диагноза рака, поставленного Лаксом. [15]
Клетки HeLa, как и другие клеточные линии, называются « бессмертными », поскольку они могут делиться неограниченное количество раз в лабораторной чашке с клеточной культурой, пока соблюдаются фундаментальные условия выживания клеток (т.е. поддерживаются и поддерживаются в подходящей среде). Существует множество штаммов клеток HeLa, поскольку они мутируют при делении в клеточных культурах , но все клетки HeLa происходят от одних и тех же опухолевых клеток, удаленных из Лакса. Общее количество клеток HeLa, размноженных в клеточной культуре, намного превышает общее количество клеток, находившихся в организме Генриетты Лакс. [16]
Случай Лакса — один из многих примеров отсутствия информированного согласия в медицине 20-го века. Общение между донорами тканей и врачами практически отсутствовало — клетки брали без согласия пациента, и пациентам не сообщали, для чего эти клетки будут использоваться. Больница Джона Хопкинса, где Лакс лечилась и у нее взяли ткани, была единственной больницей в районе Балтимора, где афроамериканские пациенты могли получать бесплатную помощь. Пациенты, получавшие бесплатную помощь в этом изолированном отделении больницы, часто становились объектами исследований без их ведома. [17] Семья Лакс также не имела доступа к файлам ее пациентов и не имела права голоса в том, кто получит клетки HeLa или для чего они будут использоваться. Кроме того, поскольку клетки HeLa популяризировались и все чаще использовались в научном сообществе, родственники Лакса не получали никакой финансовой выгоды и продолжали жить с ограниченным доступом к здравоохранению. [18] [13]
Вопрос о том, кому принадлежат образцы тканей, взятые для исследования, поднимался в Верховном суде Калифорнии по делу Мур против Регентов Калифорнийского университета в 1990 году. Суд постановил, что выброшенные ткани и клетки человека не являются его или ее собственностью и можно коммерциализировать. [19]
Случай Лакса повлиял на установление Общего правила в 1981 году. Общее правило обеспечивает соблюдение информированного согласия, гарантируя, что врачи информируют пациентов, планируют ли они использовать какие-либо подробности случая пациента в исследовании, и предоставляют им возможность раскрывать подробности или нет. Ткани, связанные с именами доноров, также строго регламентируются этим правилом, и образцы больше не именуются инициалами доноров, а скорее кодовыми номерами. [19] Для дальнейшего решения проблемы конфиденциальности пациентов Джонс Хопкинс создал совместный комитет с Национальным институтом здравоохранения и несколькими членами семьи Лакса, чтобы определить, кто получит доступ к геному Генриетты Лакс. [20]
В 2021 году наследники Генриетты Лакс подали в суд с требованием получить прошлые и будущие выплаты за предполагаемую несанкционированную и широко известную продажу клеток HeLa компанией Thermo Fisher Scientific . [21] Семья Лакса наняла адвоката, чтобы добиться компенсации от более чем 100 фармацевтических компаний, которые использовали клетки HeLa и получали прибыль от них. [22] Урегулирование иска с Thermo Fisher Scientific было объявлено в августе 2023 года, условия не разглашаются. [23] После урегулирования было объявлено, что семья Лакс подала в суд на компанию Ultragenyx . [24]
Клетки HeLa были первыми клетками человека, которые были успешно клонированы в 1953 году Теодором Паком и Филипом И. Маркусом в Университете Колорадо, Денвер . [25] С тех пор клетки HeLa «постоянно использовались для исследования рака, СПИДа, воздействия радиации и токсичных веществ, картирования генов и бесчисленного множества других научных исследований». [26] По словам автора Ребекки Склот , к 2009 году «было опубликовано более 60 000 научных статей об исследованиях, проведенных на HeLa [клетках], и это число неуклонно росло со скоростью более 300 статей каждый месяц». [19]
Клетки HeLa были использованы Джонасом Солком для испытания первой вакцины против полиомиелита в 1950-х годах. Было обнаружено, что они легко заражаются вирусом полиомиелита , вызывая гибель инфицированных клеток. [5] Это сделало клетки HeLa очень желательными для тестирования вакцины против полиомиелита, поскольку результаты можно было легко получить. Для тестирования полиовакцины Солка потребовался большой объем клеток HeLa, что побудило Национальный фонд детского паралича (NFIP) найти предприятие, способное массово производить клетки HeLa. [27] Весной 1953 года в Университете Таскиги была открыта фабрика по производству клеточных культур , которая снабжала Солка и другие лаборатории клетками HeLa. [28] Менее чем через год вакцина Солка была готова к испытаниям на людях. [29]
Клетки HeLa использовались для тестирования того, как парвовирус заражает клетки людей, собак и кошек. [30] Эти клетки также использовались для изучения вирусов, таких как вирус Оропуш (OROV). OROV вызывает разрушение клеток в культуре; клетки начинают дегенерировать вскоре после заражения, вызывая вирусную индукцию апоптоза . [31] Клетки HeLa использовались для изучения экспрессии папилломавируса E2 и апоптоза. [32] Клетки HeLa также использовались для изучения способности вируса чумы собак индуцировать апоптоз в линиях раковых клеток, [33] что может сыграть важную роль в разработке методов лечения опухолевых клеток, устойчивых к радиации и химиотерапии. [33]
Клетки HeLa также сыграли важную роль в разработке вакцин против вируса папилломы человека (ВПЧ). В 1980-х годах Харальд цур Хаузен обнаружил, что клетки Лакс из оригинальной биопсии содержали ВПЧ-18, который, как позже выяснилось, стал причиной агрессивного рака, убившего ее. Его работа по установлению связи ВПЧ с раком шейки матки принесла ему Нобелевскую премию и привела к разработке вакцин против ВПЧ, которые, по прогнозам, сократят число смертей от рака шейки матки на 70%. [34]
На протяжении многих лет клетки HeLa инфицировали различными типами вирусов, включая вирусы ВИЧ, Зика, эпидемического паротита и герпеса, для тестирования и разработки новых вакцин и лекарств. Доктор Ричард Аксель обнаружил, что добавление белка CD4 к клеткам HeLa позволяет им заражаться ВИЧ, что позволяет изучить вирус. [35] В 1979 году учёные узнали, что вирус кори постоянно мутирует при заражении клеток HeLa, [36] а в 2019 году они обнаружили, что Зика не может размножаться в клетках HeLa. [37]
Клетки HeLa использовались в ряде исследований рака, в том числе с участием половых стероидных гормонов, таких как эстрадиол и эстроген , а также рецепторов эстрогена , а также эстрогеноподобных соединений, таких как кверцетин , который обладает свойствами, снижающими рак. [38] Также были проведены исследования на клетках HeLa, в которых изучалось влияние флавоноидов и антиоксидантов с эстрадиолом на пролиферацию раковых клеток.
В 2011 году клетки HeLa использовались в испытаниях новых гептаметиновых красителей IR-808 и других аналогов, которые в настоящее время исследуются на предмет их уникального применения в медицинской диагностике, индивидуализированном лечении онкологических больных с помощью ФДТ , совместном применении с другими лекарства и облучение . [39] [40] Клетки HeLa использовались в исследованиях с использованием фуллеренов для индукции апоптоза в рамках фотодинамической терапии , а также в исследованиях рака in vitro с использованием клеточных линий. [41] Клетки HeLa также использовались для определения маркеров рака в РНК и для создания системы идентификации на основе РНКи и взаимодействия конкретных раковых клеток . [42]
В 2014 году было показано, что клетки HeLa обеспечивают жизнеспособную линию клеток для ксенотрансплантатов опухолей у голых мышей C57BL/6 [43] и впоследствии были использованы для изучения in vivo эффектов флуоксетина и цисплатина на рак шейки матки.
В 1953 году лабораторная ошибка, связанная с смешиванием клеток HeLa с неправильной жидкостью, позволила исследователям впервые четко увидеть и подсчитать каждую хромосому в клетках HeLa, с которыми они работали. Это случайное открытие побудило ученых Джо Хина Тджио и Альберта Левана разработать более совершенные методы окрашивания и подсчета хромосом. [34] Они первыми показали, что у человека 23 пары хромосом, а не 24, как считалось ранее. Это было важно для изучения нарушений развития, таких как синдром Дауна , которые связаны с изменением количества хромосом.
В 1965 году Генри Харрис и Джон Уоткинс создали первый гибрид человека и животного путем слияния клеток HeLa с клетками эмбриона мыши. Это позволило продвинуться в сопоставлении генов с конкретными хромосомами, что в конечном итоге привело к проекту «Геном человека» . [34]
В 1960-х годах клетки HeLa были отправлены на советский спутник «Спутник-6» и в космические миссии человека, чтобы определить долгосрочное воздействие космических путешествий на живые клетки и ткани. Ученые обнаружили, что клетки HeLa делятся быстрее в невесомости. [44]
Линия клеток HeLa была выведена для использования в исследованиях рака . Эти клетки размножаются аномально быстро, даже по сравнению с другими раковыми клетками. Как и многие другие раковые клетки, [45] клетки HeLa имеют активную версию теломеразы во время клеточного деления, [46] которая копирует теломеры снова и снова. Это предотвращает постепенное укорочение теломер , которое приводит к старению и возможной гибели клеток. Таким образом, клетки обходят предел Хейфлика , который представляет собой ограниченное количество клеточных делений, которым может подвергнуться большинство нормальных клеток, прежде чем они станут стареющими . Это приводит к неограниченному делению клеток и бессмертию.
Горизонтальный перенос генов из вируса папилломы человека 18 (ВПЧ18) в клетки шейки матки человека привел к созданию генома HeLa, который отличается от генома Генриетты Лакс по различным параметрам, включая количество хромосом. Клетки HeLa — это быстро делящиеся раковые клетки, и количество хромосом варьируется во время формирования рака и культуры клеток. Текущая оценка (исключая очень мелкие фрагменты) представляет собой «гипертриплоидное число хромосом (3n+)», что означает от 76 до 80 общих хромосом (вместо нормального диплоидного числа 46) с 22–25 клонально аномальными хромосомами, известными как «подпись HeLa». хромосомы». [47] [48] [49] [50] Сигнатурные хромосомы могут быть получены из нескольких исходных хромосом, что усложняет итоговый подсчет на основе исходной нумерации. Исследователи также отметили, насколько стабильными могут быть эти аберрантные кариотипы . [47] Исследования, в которых сочетались спектральное кариотипирование, FISH и традиционные цитогенные методы, показали, что обнаруженные хромосомные аберрации могут быть типичными для распространенной карциномы шейки матки и, вероятно, присутствовали в первичной опухоли, поскольку геном HeLa оставался стабильным даже после многих лет лечения. продолжение выращивания. [47]
Полный геном клеток HeLa был секвенирован и опубликован 11 марта 2013 г. [51] [52] без ведома семьи Лакс. [53] Семья выразила обеспокоенность, поэтому авторы добровольно закрыли доступ к данным о последовательностях. [53] Джей Шендур возглавил проект секвенирования HeLa в Вашингтонском университете, в результате которого была опубликована статья, принятая к публикации в марте 2013 года, но она также была отложена, пока не были решены проблемы конфиденциальности семьи Лакс. [54] 7 августа 2013 года директор НИЗ Фрэнсис Коллинз объявил о политике контролируемого доступа к геному клеточной линии, основанной на соглашении, достигнутом после трех встреч с семьей Лакс. [55] Комитет по доступу к данным будет рассматривать запросы исследователей на доступ к последовательности генома при условии, что исследование предназначено для медицинских исследований и что пользователи будут соблюдать условия Соглашения об использовании данных генома HeLa, которое включает в себя следующее: Исследователи, финансируемые НИЗ, поместят данные в единую базу данных для дальнейшего обмена. В состав комитета входят шесть членов, включая представителей медицины, науки и биоэтики, а также двух членов семьи Лакс. [55] В интервью Коллинз высоко оценил готовность семьи Лакс участвовать в ситуации, которая им навязалась. Он охарактеризовал весь опыт работы с ними как «мощный», заявив, что он уникальным образом объединил «науку, научную историю и этические проблемы». [56]
Клетки HeLa иногда трудно контролировать, поскольку они адаптируются к росту в чашках с культурой тканей, вторгаются в другие клеточные линии и вытесняют их из конкуренции. Известно, что из-за неправильного обслуживания они загрязняют другие клеточные культуры в той же лаборатории, мешая биологическим исследованиям и вынуждая исследователей объявлять многие результаты недействительными. Степень загрязнения клеток HeLa среди других типов клеток неизвестна, поскольку лишь немногие исследователи проверяют идентичность или чистоту уже существующих клеточных линий. Было показано, что значительная часть клеточных линий in vitro контаминирована клетками HeLa; оценки варьируются от 10% до 20%. Это наблюдение предполагает, что любая клеточная линия может быть в той или иной степени подвержена контаминации. Стэнли Гартлер (1967) и Уолтер Нельсон-Рис (1975) первыми опубликовали информацию о загрязнении различных клеточных линий клетками HeLa. [27] Гартлер отметил, что «с продолжающимся расширением технологии культивирования клеток почти наверняка будет происходить как межвидовое, так и внутривидовое заражение». [9]
Заражение клетками HeLa стало широко распространенной всемирной проблемой, затрагивающей даже лаборатории многих известных врачей, ученых и исследователей, включая Джонаса Солка . Проблема заражения HeLa также способствовала обострению напряженности в холодной войне . СССР и США начали сотрудничать в войне с раком , начатой президентом Ричардом Никсоном , только для того, чтобы обнаружить, что обмененные клетки были заражены HeLa. [57]
Вместо того, чтобы сосредоточиться на том, как решить проблему заражения клеток HeLa, многие ученые и научные писатели продолжают документировать эту проблему как просто проблему загрязнения, вызванную не человеческой ошибкой или недостатками, а выносливостью, пролиферацией или подавляющей природой клеток HeLa. . [58] Последние данные показывают, что перекрестное загрязнение по-прежнему остается серьезной проблемой современных клеточных культур. [3] [59] Международный комитет по аутентификации клеточных линий (ICLAC) отмечает, что многие случаи неправильной идентификации клеточных линий являются результатом перекрестного загрязнения культуры другой, более быстрорастущей клеточной линией. Это ставит под сомнение достоверность исследований, проведенных с использованием контаминированных клеточных линий, поскольку определенные признаки примеси, которые могут происходить из совершенно другого вида или ткани, могут быть ошибочно отнесены к исследуемой клеточной линии. [60]
Клетки HeLa были описаны биологом-эволюционистом Ли Ван Валеном как пример современного создания нового вида, получившего название Helacyton gartleri , благодаря их способности к неограниченной репликации и нечеловеческому числу хромосом . Вид был назван в честь генетика Стэнли М. Гартлера , которому Ван Вален приписывает открытие «замечательного успеха этого вида». [61] Его аргумент в пользу видообразования основан на следующих моментах:
Ван Вален предложил новое семейство Helacytidae и род Helacyton , а также в той же статье предложил новый вид клеток HeLa. [63]
Однако это предложение не было воспринято всерьез ни другими видными биологами-эволюционистами, ни учеными других дисциплин. Аргумент Ван Валена о том, что HeLa являются новым видом, не соответствует критериям независимых одноклеточных видов, размножающихся бесполым путем, из-за пресловутой нестабильности кариотипа HeLa и отсутствия у них строгой линии предков-потомков. [64]