HeLa stanice

Gotovo sva znanstvena istraživanja u molekularnoj biologiji, farmakologiji, virologiji i genetici od početka 20. stoljeća koristila su uzorke primarnih živih stanica, koje su dobivene iz živog organizma i uzgajane raznim biokemijskim metodama, što je omogućilo produljenje njihove održivosti, odnosno sposobnosti dijeljenja u laboratorijskim uvjetima. Sredinom prošlog stoljeća znanost je dobila HeLa stanice koje nisu podložne prirodnoj biološkoj smrti. I to je omogućilo da mnoga istraživanja postanu prekretnica u biologiji i medicini.

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

Odakle su došle imortalizirane HeLa stanice?

Priča o dobivanju ovih „besmrtnih“ stanica (immortalizacija je sposobnost stanica da se beskonačno dijele) povezana je sa siromašnom 31-godišnjom pacijenticom bolnice Johns Hopkins u Baltimoreu – Afroamerikankom, majkom petero djece po imenu Henrietta Lacks, koja je, nakon što je osam mjeseci bolovala od raka vrata maternice i podvrgnuta unutarnjem zračenju (brahiterapiji), umrla u ovoj bolnici 4. listopada 1951. godine.

Neposredno prije toga, dok je pokušavao liječiti Henriettu od karcinoma vrata maternice, liječnik, kirurg Howard Wilbur Jones, uzeo je uzorak tumorskog tkiva na pregled i poslao ga u bolnički laboratorij, kojim je tada upravljao George Otto Gey, prvostupnik biologije.

Biolog je bio zapanjen biopsijom: stanice tkiva nisu umrle nakon predviđenog vremena kao rezultat apoptoze, već su se nastavile množiti, i to zapanjujućom brzinom. Istraživač je uspio izolirati jednu specifičnu strukturnu stanicu i umnožiti je. Dobivene stanice nastavile su se dijeliti i prestale su umirati na kraju mitotičkog ciklusa.

I ubrzo nakon smrti pacijenta (čije ime nije otkriveno, već je šifrirano kao kratica HeLa), pojavila se misteriozna kultura HeLa stanica.

Nakon što je postalo jasno da HeLa stanice – dostupne izvan ljudskog tijela – nisu podložne programiranoj smrti, potražnja za njima za razne studije i eksperimente počela je rasti. A daljnja komercijalizacija neočekivanog otkrića rezultirala je organizacijom serijske proizvodnje – za prodaju HeLa stanica brojnim znanstvenim centrima i laboratorijima.

Korištenje HeLa stanica

Godine 1955., HeLa stanice postale su prve klonirane ljudske stanice, a HeLa stanice se koriste diljem svijeta za proučavanje metabolizma stanica kod raka; procesa starenja; uzroka AIDS-a; karakteristika humanog papiloma virusa i drugih virusnih infekcija; učinaka zračenja i otrovnih tvari; mapiranja gena; testiranja novih lijekova; testiranja kozmetike itd.

Prema nekim podacima, kultura ovih brzorastućih stanica korištena je u 70-80 tisuća medicinskih studija diljem svijeta. Godišnje se za znanstvene potrebe uzgoji oko 20 tona kulture HeLa stanica, a registrirano je više od 10 tisuća patenata koji uključuju te stanice.

Popularizaciju novog laboratorijskog biomaterijala olakšala je činjenica da su 1954. godine američki virolozi koristili stanični soj HeLa za testiranje cjepiva protiv dječje paralize koje su razvili.

Desetljećima se stanična kultura HeLa široko koristila kao jednostavan model za stvaranje vizualnijih verzija složenih bioloških sustava. A sposobnost kloniranja imortaliziranih staničnih linija omogućuje ponovljene analize na genetski identičnim stanicama, što je preduvjet za biomedicinska istraživanja.

Na samom početku – u medicinskoj literaturi tih godina – zabilježena je „izdržljivost“ tih stanica. Doista, HeLa stanice ne prestaju se dijeliti čak ni u običnoj laboratorijskoj epruveti. I to čine tako agresivno da ako laboratorijski tehničari pokažu i najmanju nepažnju, HeLa stanice će definitivno prodrijeti u druge kulture i mirno zamijeniti izvorne stanice, zbog čega je čistoća eksperimenata vrlo upitna.

Usput, kao rezultat jedne studije, koja je provedena još 1974. godine, eksperimentalno je utvrđena sposobnost HeLa stanica da "kontaminiraju" druge stanične linije u laboratorijima znanstvenika.

HeLa stanice: što je istraživanje pokazalo?

Zašto se HeLa stanice ponašaju na ovaj način? Zato što nisu normalne stanice zdravih tjelesnih tkiva, već tumorske stanice dobivene iz uzorka tkiva kancerogenog tumora i sadrže patološki promijenjene gene kontinuirane mitoze ljudskih stanica raka. U biti, to su klonovi malignih stanica.

Godine 2013. istraživači Europskog laboratorija za molekularnu biologiju (EMBL) izvijestili su da su sekvencirali DNK i RNK u genomu Henriette Lacks pomoću spektralne kariotipizacije. A kada su ga usporedili sa stanicama HeLa, otkrili su da postoje zapanjujuće razlike između gena u HeLa i normalnim ljudskim stanicama...

Međutim, čak i ranije, citogenetska analiza HeLa stanica dovela je do otkrića brojnih kromosomskih aberacija i djelomične genomske hibridizacije tih stanica. Pokazalo se da HeLa stanice imaju hipertriploidni (3n+) kariotip i proizvode heterogene stanične populacije. Štoviše, više od polovice kloniranih HeLa stanica imalo je aneuploidiju - promjenu u broju kromosoma: 49, 69, 73, pa čak i 78 umjesto 46.

Kako se ispostavilo, multipolarne, policentrične ili multipolarne mitoze u HeLa stanicama uključene su u genomsku nestabilnost HeLa fenotipa, gubitak kromosomskih markera i stvaranje dodatnih strukturnih abnormalnosti. To su poremećaji tijekom stanične diobe, što dovodi do patološke segregacije kromosoma. Ako je mitotička bipolarnost diobenog vretena karakteristična za zdrave stanice, tada se tijekom diobe stanice raka formira veći broj polova i diobenih vretena, a obje stanice kćeri dobivaju različit broj kromosoma. A multipolarnost vretena tijekom stanične mitoze karakteristična je značajka stanica raka.

Proučavajući multipolarne mitoze u HeLa stanicama, genetičari su došli do zaključka da je cijeli proces diobe stanica raka, u principu, netočan: profaza mitoze je kraća, a formiranje diobenog vretena prethodi diobi kromosoma; metafaza također počinje ranije, a kromosomi nemaju vremena zauzeti svoje mjesto, raspoređujući se nasumično. Pa, broj centrosoma je barem dvostruko veći nego što je potrebno.

Dakle, kariotip HeLa stanice je nestabilan i može se uvelike razlikovati između laboratorija. Posljedično, rezultate mnogih studija - s obzirom na gubitak genetskog identiteta staničnog materijala - jednostavno je nemoguće reproducirati pod drugim uvjetima.

Znanost je postigla velik napredak u svojoj sposobnosti manipuliranja biološkim procesima na kontroliran način. Najnoviji primjer je stvaranje realističnog modela kancerogenog tumora korištenjem HeLa stanica pomoću 3D printera od strane grupe istraživača iz SAD-a i Kine.