HeLa ( / ˈ h iː l ɑː / ) — это бессмертная клеточная линия , используемая в научных исследованиях. Это старейшая линия человеческих клеток 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 и названа линия. Лакс умерла от рака 4 октября 1951 года. [6]
Клетки раковой опухоли шейки матки Лакс были взяты без ее ведома, что было обычной практикой в Соединенных Штатах в то время. [7] Биолог-клеточный биолог Джордж Отто Гей обнаружил, что их можно поддерживать в живых, [8] и разработал клеточную линию . Раньше клетки, культивируемые из других человеческих клеток, выживали всего несколько дней, но клетки опухоли Лакс вели себя по-другому.
В 1951 году Генриетта Лакс была госпитализирована в больницу Джона Хопкинса с симптомами нерегулярного вагинального кровотечения; впоследствии ее лечили от рака шейки матки. [9] Ее первое лечение было проведено Лоуренсом Уортоном-младшим, который в то время собрал образцы ткани из ее шейки матки без ее согласия. [10] Ее биопсия шейки матки предоставила образцы ткани для клинической оценки и исследования Джорджем Отто Геем , руководителем лаборатории культуры тканей. Лаборантка Гея Мэри Кубичек использовала технику роликовой пробирки для культивирования клеток. [9] Было отмечено, что клетки росли активно, удваиваясь каждые 20–24 часа, в отличие от предыдущих образцов, которые отмирали. [11]
Клетки были размножены Гей незадолго до того, как Лакс умерла от рака в 1951 году. Это была первая линия человеческих клеток, которая оказалась успешной in vitro , что было научным достижением с огромной будущей пользой для медицинских исследований. Гей свободно жертвовал эти клетки вместе с инструментами и процессами, которые разработала его лаборатория, любому ученому, который просил их, просто ради науки. Ни Лакс, ни ее семья не давали разрешения на сбор клеток. [12] Позже клетки были коммерциализированы, хотя никогда не были запатентованы в своей первоначальной форме. В то время не было требования информировать пациентов или их родственников о таких вопросах, поскольку отбракованный материал или материал, полученный во время операции, диагностики или терапии, был собственностью врача или медицинского учреждения. [13]
Как было принято у лаборанта Гея, культура была названа в честь первых двух букв имени и фамилии Генриетты Лакс, He + La. [9] До того, как в 1973 году в журнале Nature был опубликован запрос, в котором было получено ее настоящее имя, клеточная линия «HeLa» была ошибочно приписана «Хелен Лейн» или «Хелен Ларсон». [4] [14] Происхождение этой путаницы неясно. [15]
В 1973 году, когда загрязнение клетками HeLa было поднято как серьезная проблема, штатный врач в Университете Джонса Хопкинса связался с семьей Лакс, чтобы получить образцы ДНК, которые помогли бы идентифицировать загрязняющие клеточные линии. Семья так и не поняла цели визита, но они были расстроены своим пониманием того, что им сказали исследователи. [14] [16] Эти клетки рассматриваются как раковые клетки, поскольку они происходят из биопсии, взятой из видимого поражения на шейке матки в рамках диагностики рака у Лакс. [17]
Клетки HeLa, как и другие клеточные линии, называются « бессмертными », поскольку они могут делиться неограниченное количество раз в лабораторной клеточной культуре, пока соблюдаются основные условия выживания клеток (т. е. они поддерживаются и поддерживаются в подходящей среде). Существует множество штаммов клеток HeLa, поскольку они мутируют во время деления в клеточных культурах , но все клетки HeLa произошли от тех же опухолевых клеток, которые были удалены из Лакс. Общее количество клеток HeLa, которые были размножены в клеточной культуре, намного превышает общее количество клеток, которые были в теле Генриетты Лакс. [18]
Случай Лакс — один из многих примеров отсутствия осознанного согласия в медицине 20-го века. Общение между донорами тканей и врачами практически отсутствовало — клетки брались без согласия пациента, и пациентам не говорили, для чего будут использоваться клетки. Больница Джонса Хопкинса, где Лакс проходила лечение и где у нее брали ткани, была единственной больницей в районе Балтимора, где афроамериканские пациенты могли получить бесплатную медицинскую помощь. Пациенты, получавшие бесплатную медицинскую помощь от этой сегрегированной секты больницы, часто становились объектами исследований без их ведома. [19] Семья Лакс также не имела доступа к ее файлам пациентов и не могла влиять на то, кто получал клетки HeLa или для чего они будут использоваться. Кроме того, поскольку клетки HeLa популяризировались и использовались все чаще в научном сообществе, родственники Лакс не получали никакой финансовой выгоды и продолжали жить с ограниченным доступом к здравоохранению. [20] [14]
Этот вопрос о том, кому принадлежат образцы тканей, взятые для исследования, был поднят в Верховном суде Калифорнии в деле Мур против Регентов Калифорнийского университета в 1990 году. Суд постановил, что выброшенные ткани и клетки человека не являются его собственностью и могут быть использованы в коммерческих целях. [21]
Случай Лакса повлиял на создание Общего правила в 1991 году. Общее правило обеспечивает соблюдение информированного согласия, гарантируя, что врачи информируют пациентов, планируют ли они использовать какие-либо детали случая пациента в исследовании, и предоставляют им выбор раскрывать эти детали или нет. Ткани, связанные с именами их доноров, также строго регулируются этим правилом, и образцы больше не именуются с использованием инициалов доноров, а вместо этого кодовыми номерами. [21] Для дальнейшего решения вопроса конфиденциальности пациентов Джонс Хопкинс создал совместный комитет с NIH и несколькими членами семьи Лакса, чтобы определить, кто получает доступ к геному Генриетты Лакс. [22]
В 2021 году наследники Генриетты Лакс подали в суд, чтобы получить прошлые и будущие платежи за предполагаемую несанкционированную и широко известную продажу клеток HeLa компанией Thermo Fisher Scientific . [23] Семья Лакс наняла адвоката, чтобы добиться компенсации от более чем 100 фармацевтических компаний, которые использовали клетки HeLa и получали от них прибыль. [24] Об урегулировании иска с Thermo Fisher Scientific было объявлено в августе 2023 года, условия не разглашались. [25] Впоследствии семья Лакс объявила, что следующим судом она подаст на компанию Ultragenyx . [26]
Клетки HeLa были первыми клетками человека, которые были успешно клонированы в 1953 году Теодором Паком и Филиппом И. Маркусом в Университете Колорадо в Денвере . [27] С тех пор клетки HeLa «постоянно использовались для исследований рака, СПИДа, эффектов радиации и токсичных веществ, картирования генов и бесчисленного множества других научных исследований». [28] По словам автора Ребекки Склут , к 2009 году «было опубликовано более 60 000 научных статей об исследованиях, проведенных на [клетках] HeLa, и это число неуклонно росло со скоростью более 300 статей в месяц». [21]
Клетки HeLa использовались Джонасом Солком для тестирования первой вакцины против полиомиелита в 1950-х годах. Было замечено, что они легко заражаются вирусом полиомиелита , что приводит к гибели инфицированных клеток. [5] Это сделало клетки HeLa крайне востребованными для тестирования вакцины против полиомиелита, поскольку результаты можно было легко получить. Для тестирования вакцины против полиомиелита Солка требовалось большое количество клеток HeLa, что побудило Национальный фонд детского паралича (NFIP) найти предприятие, способное производить клетки HeLa в больших количествах. [29] Весной 1953 года в Университете Таскиги была основана фабрика по выращиванию клеточных культур для снабжения Солка и других лабораторий клетками HeLa. [30] Менее чем через год вакцина Солка была готова к испытаниям на людях. [31]
Клетки HeLa использовались для проверки того, как парвовирус заражает клетки людей, собак и кошек. [32] 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 . [33] Клетки HeLa использовались для изучения экспрессии вируса папилломы E2 и апоптоза. [34] Клетки HeLa также использовались для изучения способности вируса собачьей чумы вызывать апоптоз в линиях раковых клеток, [35] что может сыграть важную роль в разработке методов лечения опухолевых клеток, устойчивых к радиации и химиотерапии. [35]
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 первоначальной биопсии содержали ВПЧ-18, который, как позже выяснилось, был причиной агрессивного рака, убившего ее. Его работа по связыванию ВПЧ с раком шейки матки принесла ему Нобелевскую премию и привела к разработке вакцин против ВПЧ, которые, как прогнозируется, должны сократить число смертей от рака шейки матки на 70%. [36]
На протяжении многих лет клетки HeLa инфицировались различными типами вирусов, включая ВИЧ, вирус Зика, эпидемический паротит и вирусы герпеса, для тестирования и разработки новых вакцин и лекарств. Доктор Ричард Аксель обнаружил, что добавление белка CD4 к клеткам HeLa позволило заразить их ВИЧ, что позволило изучить вирус. [37] В 1979 году ученые узнали, что вирус кори постоянно мутирует, когда заражает клетки HeLa, [38], а в 2019 году они обнаружили, что вирус Зика не может размножаться в клетках HeLa. [39]
Клетки HeLa использовались в ряде исследований рака, включая исследования половых стероидных гормонов, таких как эстрадиол и эстроген , а также рецепторов эстрогена , наряду с эстрогеноподобными соединениями, такими как кверцетин , который обладает свойствами, снижающими риск рака. [40] Также проводились исследования на клетках HeLa, включающие изучение влияния 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 изучаются на предмет их уникального использования в медицинской диагностике, индивидуализированном лечении онкологических больных с помощью ФДТ , совместном введении с другими препаратами и облучением . [41] [42] Клетки HeLa использовались в исследованиях, связанных с фуллеренами, для индукции апоптоза в рамках фотодинамической терапии , а также в исследованиях рака in vitro с использованием клеточных линий. [43] Клетки HeLa также использовались для определения раковых маркеров в РНК и использовались для создания системы идентификации на основе РНК-интерференции и интерференции специфических раковых клеток . [44]
В 2014 году было показано, что клетки HeLa обеспечивают жизнеспособную клеточную линию для ксенотрансплантатов опухолей у голых мышей C57BL/6 [45] и впоследствии использовались для изучения in vivo эффектов флуоксетина и цисплатина на рак шейки матки.
В 1953 году лабораторная ошибка, связанная со 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 привело ученых Джо Хин Тджио и Альберта Левана к разработке более совершенных методов окрашивания и подсчета хромосом. [36] Они были первыми, кто показал, что у людей 23 пары хромосом, а не 24, как считалось ранее. Это было важно для изучения нарушений развития, таких как синдром Дауна , которые связаны с количеством хромосом.
В 1965 году Генри Харрис и Джон Уоткинс создали первый гибрид человека и животного, слившись с клетками HeLa и эмбриональными клетками мыши. Это позволило добиться прогресса в картировании генов на определенных хромосомах, что в конечном итоге привело к проекту «Геном человека» . [36]
В 1960-х годах клетки HeLa были отправлены на советском спутнике Спутник-6 и в пилотируемых космических полетах для определения долгосрочных эффектов космических путешествий на живые клетки и ткани. Ученые обнаружили, что клетки HeLa делятся быстрее в условиях невесомости. [46]
Линия клеток HeLa была получена для использования в исследованиях рака . Эти клетки размножаются аномально быстро, даже по сравнению с другими раковыми клетками. Как и многие другие раковые клетки, [47] клетки HeLa имеют активную версию теломеразы во время деления клеток, [48] которая копирует теломеры снова и снова. Это предотвращает постепенное укорочение теломер , которое вовлечено в старение и в конечном итоге гибель клеток. Таким образом, клетки обходят предел Хейфлика , который представляет собой ограниченное количество клеточных делений, которые большинство нормальных клеток могут пройти, прежде чем стать стареющими . Это приводит к неограниченному делению клеток и бессмертию.
Горизонтальный перенос генов от вируса папилломы человека 18 (HPV18) к клеткам шейки матки человека создал геном HeLa, который отличается от генома Генриетты Лакс во многих отношениях, включая количество хромосом. Клетки HeLa быстро делятся раковыми клетками, и количество хромосом меняется во время формирования рака и культивирования клеток. Текущая оценка (исключая очень маленькие 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 «хромосомы сигнатуры HeLa». [49] [50] [51] [52] Хромосомы сигнатуры могут быть получены из нескольких исходных хромосом, что делает суммарный подсчет на основе исходной нумерации сложным. Исследователи также отметили, насколько стабильными могут быть эти аберрантные кариотипы . [49] Исследования, в которых сочетались спектральное кариотипирование, FISH и традиционные цитогенетические методы, показали, что обнаруженные хромосомные аберрации могут быть репрезентативными для запущенных форм рака шейки матки и, вероятно, присутствовали в первичной опухоли, поскольку геном HeLa оставался стабильным даже после многих лет непрерывного культивирования. [49]
Полный геном клеток HeLa был секвенирован и опубликован 11 марта 2013 года [53] [54] без ведома семьи Лакс. [55] Семья выразила обеспокоенность, поэтому авторы добровольно отказались от доступа к данным о последовательности. [55] Джей Шендуре руководил проектом по секвенированию HeLa в Вашингтонском университете, результатом которого стала статья, принятая к публикации в марте 2013 года, но и она была отложена, пока решались вопросы конфиденциальности семьи Лакс. [56] 7 августа 2013 года директор NIH Фрэнсис Коллинз объявил о политике контролируемого доступа к геному клеточной линии на основе соглашения, достигнутого после трех встреч с семьей Лакс. [57] Комитет по доступу к данным рассмотрит запросы исследователей на доступ к последовательности генома в соответствии с критериями, что исследование предназначено для медицинских исследований, и что пользователи будут соблюдать условия Соглашения об использовании данных генома HeLa, которое включает в себя то, что все финансируемые NIH исследователи будут размещать данные в единой базе данных для будущего обмена. Комитет состоит из шести членов, включая представителей из медицинской, научной и биоэтической областей, а также двух членов семьи Лакс. [57] В интервью Коллинз похвалил готовность семьи Лакс участвовать в ситуации, которая была навязана им. Он описал весь опыт с ними как «мощный», сказав, что он объединил «науку, научную историю и этические проблемы» уникальным образом. [58]
Клетки HeLa иногда трудно контролировать, потому что они адаптируются к росту в чашках для культивирования тканей, вторгаются в другие клеточные линии и вытесняют их. Известно, что из-за неправильного содержания они загрязняют другие клеточные культуры в той же лаборатории, мешая биологическим исследованиям и заставляя исследователей объявлять многие результаты недействительными. Степень загрязнения клеток HeLa среди других типов клеток неизвестна, потому что немногие исследователи проверяют идентичность или чистоту уже существующих клеточных линий. Было показано, что значительная часть клеточных линий in vitro загрязнена клетками HeLa; оценки варьируются от 10% до 20%. Это наблюдение предполагает, что любая клеточная линия может быть подвержена определенной степени загрязнения. Стэнли Гартлер (1967) и Уолтер Нельсон-Риз (1975) были первыми, кто опубликовал информацию о загрязнении различных клеточных линий клетками HeLa. [29] Гартлер отметил, что «с постоянным расширением технологии культивирования клеток почти наверняка произойдет как межвидовое, так и внутривидовое загрязнение». [9]
Загрязнение клеток HeLa стало всеобъемлющей всемирной проблемой, затрагивающей даже лаборатории многих известных врачей, ученых и исследователей, включая Джонаса Солка . Проблема загрязнения HeLa также способствовала напряженности в Холодной войне . СССР и США начали сотрудничать в войне с раком, начатой президентом Ричардом Никсоном , только чтобы обнаружить, что обмененные клетки были загрязнены HeLa. [59]
Вместо того, чтобы сосредоточиться на том, как решить проблему загрязнения 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. [60] Последние данные свидетельствуют о том, что перекрестное загрязнение по-прежнему является серьезной проблемой современных клеточных культур. [3] [61] 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 обоснованность исследований, проведенных с использованием загрязненных клеточных линий, поскольку определенные атрибуты загрязнителя, которые могут исходить от совершенно другого вида или ткани, могут быть ошибочно приписаны исследуемой клеточной линии. [62]
Клетки HeLa были описаны эволюционным биологом Ли Ван Валеном как пример современного создания нового вида, названного Helacyton gartleri , из-за их способности к бесконечной репликации и их нечеловеческого числа хромосом . Вид был назван в честь генетика Стэнли М. Гартлера , которому Ван Вален приписывает открытие «замечательного успеха этого вида». [63] Его аргумент в пользу видообразования основывается на следующих пунктах:
Ван Вален предложил новое семейство Helacytidae и род Helacyton , а также в той же статье предложил новый вид для клеток HeLa. [65]
Однако это предложение не было воспринято всерьез другими выдающимися эволюционными биологами, а также учеными других дисциплин. Аргумент Ван Валена о том, что HeLa — это новый вид, не соответствует критериям независимого одноклеточного бесполого вида из-за печально известной нестабильности кариотипа HeLa и отсутствия у них строгой родословной предков и потомков. [66]