Введение
Старейшая культивируемая клеточная линия человека (1951)
HeLa ('/h//iː//l//ɑː/) – это бессмертная клеточная линия, используемая в научных исследованиях. Это старейшая клеточная линия человека и одна из наиболее часто используемых. Клетки HeLa отличаются высокой жизнеспособностью и способностью к быстрому размножению, что позволяет широко применять их в научных исследованиях. Линия была получена из раковых клеток шейки матки, взятых 8 февраля 1951 года у Генриетты Лакс, 31-летней афроамериканки, матери пятерых детей, в честь которой она и была названа. Лакс умерла от рака 4 октября 1951 года. Клетки раковой опухоли шейки матки Лакс были взяты без её ведома, что было распространенной практикой в Соединенных Штатах в то время. Биолог Джордж Отто Гей обнаружил, что эти клетки можно поддерживать в культуре, и разработал клеточную линию. Ранее клетки, культивируемые из других человеческих тканей, выживали лишь несколько дней, но клетки опухоли Лакс демонстрировали иные свойства.
Происхождение
В 1951 году женщина по имени Генриетта Лакс была госпитализирована в больницу Джона Хопкинса с симптомами нерегулярных вагинальных кровотечений; впоследствии ей провели лечение от рака шейки матки. Первоначальное лечение проводил Лоуренс Уортон-младший, который в то время собрал образцы тканей из ее шейки матки без ее согласия. Биопсия шейки матки предоставила образцы ткани для клинической оценки и исследований Джорджу Отто Гей, руководителю лаборатории культуры тканей. Лаборантка Гей, Мэри Кубичек, использовала метод роликовых трубок для культивирования клеток. Гей размножил клетки незадолго до смерти Лакс от рака в 1951 году. Это была первая успешно культивируемая in vitro линия человеческих клеток, что стало значительным научным достижением с огромным потенциалом для развития медицинских исследований. Гей бесплатно предоставлял эти клетки, а также инструменты и методики, разработанные в его лаборатории, любому ученому по запросу, исключительно ради прогресса науки. Ни Лакс, ни ее семья не давали согласия на забор клеток. Позже эти клетки были коммерциализированы, хотя в исходной форме не были запатентованы. В то время не было требований к информированию пациентов или их родственников о подобных вопросах, поскольку отброшенные материалы или материалы, полученные во время хирургического вмешательства, диагностики или терапии, считались собственностью врача или медицинского учреждения. В соответствии с практикой лаборатории Гей, культура была названа по первым двум буквам имени и фамилии Генриетты Лакс: He + La. Когда другие клеточные культуры подверглись заражению, предположительно, клетками HeLa, одна исследовательская группа обратилась к семье Лакс с просьбой предоставить образцы ДНК для идентификации контаминирующих клеточных линий. Семья так и не поняла цели визита, но была расстроена тем, что, по их мнению, им объяснили исследователи. Эти клетки рассматриваются как раковые, поскольку они происходят из биопсии, взятой из видимого поражения на шейке матки в рамках диагностики рака у Лакс. Клетки HeLa, как и другие клеточные линии, называют «бессмертными», поскольку они могут делиться неограниченное количество раз в лабораторной культуре, при условии соблюдения основных условий для выживания клеток (то есть поддержания в подходящей среде). Существует множество штаммов клеток HeLa, поскольку они мутируют при делении в клеточных культурах, но все клетки HeLa происходят из одних и тех же опухолевых клеток, удаленных у Лакс. Общее количество клеток HeLa, размноженных в клеточной культуре, значительно превышает общее количество клеток в организме Генриетты Лакс.
Противоречия
Случай Лакс – один из многих примеров отсутствия информированного согласия в медицине XX века. Общение между донорами тканей и врачами было практически полностью отсутствует: клетки брали без согласия пациентов, и пациентов не информировали о целях использования этих клеток. Больница имени Джона Хопкинса, где Лакс получала лечение и откуда были взяты её ткани, была единственным медицинским учреждением в районе Балтимора, где афроамериканцы могли получать бесплатную медицинскую помощь. Пациенты, получавшие бесплатное лечение в этом сегрегированном отделении больницы, часто становились участниками исследований без своего ведома. Семья Лакс также не имела доступа к её медицинским картам и не могла влиять на то, кто получает клетки HeLa и для каких целей они будут использоваться. Более того, по мере того как клетки HeLa становились всё более популярными и широко применялись в научном сообществе, родственники Лакс не получили никакой финансовой выгоды и продолжали испытывать трудности с доступом к здравоохранению. В 2021 году наследники Генриетты Лакс подали в суд с требованием выплатить компенсацию за предполагаемую несанкционированную и широко известную продажу клеток HeLa компанией Thermo Fisher Scientific. Семья Лакс наняла адвоката для получения компенсации от более чем 100 фармацевтических компаний, которые использовали и извлекали прибыль из клеток HeLa. О достижении соглашения с Thermo Fisher Scientific было объявлено в августе 2023 года на нераскрытых условиях. Впоследствии стало известно, что семья Лакс подала в суд на компанию Ultragenyx.
Использование в исследованиях
Клетки HeLa были первыми клетками человека, которые были успешно клонированы в 1953 году Теодором Паком и Филиппом И. Маркусом в Университете Колорадо в Денвере. С тех пор клетки HeLa "непрерывно использовались в исследованиях рака, СПИДа, влияния радиации и токсичных веществ, картирования генов и бесчисленного множества других научных направлений". По словам автора Ребекки Склот, к 2009 году "было опубликовано более 60 000 научных статей, посвященных исследованиям на клетках HeLa, и это число стабильно росло со скоростью более 300 публикаций в месяц".
Ликвидация полиомиелита
Клетки HeLa были использованы Джонасом Солком для тестирования первой вакцины против полиомиелита в 1950-х годах. Было обнаружено, что они легко инфицируются вирусом полиомиелита, что приводило к гибели инфицированных клеток. Весной 1953 года на базе Университета Таскеги была создана фабрика по производству клеточных культур для обеспечения клеток HeLa Солка и других лабораторий. Менее чем через год вакцина Солка была готова к клиническим испытаниям на людях.
Вирусология
Клетки HeLa использовались для изучения механизмов заражения клеток человека, собак и кошек парвовирусом. Эти клетки также применялись для исследования вирусов, таких как вирус оропуш (OROV). OROV вызывает нарушение функционирования клеток в культуре; клетки начинают дегенерировать вскоре после заражения, что приводит к вирусной индукции апоптоза. Клетки HeLa использовались для изучения экспрессии белка E2 папилломавируса и апоптоза. Также клетки HeLa применялись для исследования способности вируса собачьей чумки индуцировать апоптоз в раковых клеточных линиях, что может иметь важное значение для разработки методов лечения опухолевых клеток, устойчивых к лучевой терапии и химиотерапии. На протяжении многих лет клетки HeLa инфицировали различными типами вирусов, включая ВИЧ, вирус Зика, вирус паротита и герпесвирусы, для тестирования и разработки новых вакцин и лекарственных препаратов. Доктор Ричард Аксель обнаружил, что добавление белка CD4 к клеткам HeLa позволило им заразиться ВИЧ, что дало возможность изучать этот вирус. В 1979 году ученые выяснили, что вирус кори постоянно мутирует при заражении клеток HeLa, а в 2019 году было установлено, что вирус Зика не способен размножаться в клетках HeLa.
Рак
Клетки HeLa использовались в ряде исследований рака, включая исследования, связанные с половыми стероидными гормонами, такими как эстрадиол и эстроген, и рецепторами эстрогена, а также эстрогеноподобными соединениями, такими как кверцетин, обладающим противораковыми свойствами. Также проводились исследования на клетках HeLa, изучавшие влияние флавоноидов и антиоксидантов в сочетании с эстрадиолом на пролиферацию раковых клеток. В 2011 году клетки HeLa использовались в тестах новых гептаметиновых красителей IR 808 и других аналогов, которые в настоящее время изучаются для их уникального применения в медицинской диагностике, индивидуализированном лечении рака с помощью фотодинамической терапии (ФДТ), совместном применении с другими препаратами и облучении. Клетки HeLa использовались в исследованиях с фуллеренами для индукции апоптоза в рамках фотодинамической терапии, а также в исследованиях рака in vitro с использованием клеточных линий. Клетки HeLa также применялись для определения раковых маркеров в РНК и для разработки системы идентификации и подавления активности специфических раковых клеток на основе РНКи. В 2014 году было показано, что клетки HeLa представляют собой подходящую клеточную линию для создания опухолевых ксенотрансплантатов у голых мышей C57BL/6, и впоследствии использовались для изучения влияния флуоксетина и цисплатина in vivo на рак шейки матки.
Генетика
В 1953 году лабораторная ошибка, связанная с перемешиванием клеток HeLa с неподходящей жидкостью, позволила исследователям впервые отчетливо увидеть и подсчитать каждую хромосому в работавших с ними клетках HeLa. Это случайное открытие подтолкнуло ученых Джо Хина Тхио и Альберта Левана к разработке усовершенствованных методов окрашивания и подсчета хромосом.
Теломераза
Линия клеток HeLa была получена для использования в исследованиях рака. Эти клетки пролиферируют аномально быстро, даже по сравнению с другими раковыми клетками. Как и многие другие раковые клетки, клетки HeLa обладают активной теломеразой во время клеточного деления, которая многократно копирует теломеры. Это предотвращает постепенное укорочение теломер, которое связано со старением и, в конечном итоге, с гибелью клеток. Таким образом, клетки преодолевают предел Хейфлика – ограниченное число клеточных делений, которое большинство нормальных клеток могут пройти до достижения сенесценции. Это обеспечивает неограниченное деление клеток и бессмертие.
Число хромосом
Горизонтальный перенос генов от папилломавируса 18 (HPV18) в клетки шейки матки человека привел к формированию генома HeLa, который отличается от генома Генриетты Лакс по ряду признаков, включая число хромосом. Клетки HeLa – это быстро делящиеся раковые клетки, и число хромосом варьируется в процессе формирования рака и при культивировании клеток. Современная оценка (исключая очень мелкие фрагменты) – «гипертриплоидное число хромосом (3n+)», то есть от 76 до 80 хромосом в общей сложности (вместо нормального диплоидного числа 46), с 22–25 клонально аномальными хромосомами, известными как «хромосомы HeLa с уникальной сигнатурой». Эти хромосомы с уникальной сигнатурой могут происходить из нескольких исходных хромосом, что затрудняет суммарный подсчет на основе исходной нумерации. Исследователи также отметили стабильность этих аберрантных кариотипов. Семья Лакс не была осведомлена об этом. Выразив обеспокоенность, семья Лакс побудила авторов добровольно ограничить доступ к данным о последовательности генома. 7 августа 2013 года директор NIH Фрэнсис Коллинз объявил о политике контролируемого доступа к геному клеточной линии, основанной на соглашении, достигнутом после трех встреч с семьей Лакс. Комитет по доступу к данным будет рассматривать запросы исследователей на доступ к последовательности генома, исходя из критериев, что исследование проводится в медицинских целях и пользователи будут соблюдать условия Соглашения об использовании данных генома HeLa, которое предусматривает, что все исследователи, финансируемые NIH, будут размещать данные в единой базе данных для последующего обмена. Комитет состоит из шести членов, включая представителей медицинского, научного и биоэтического сообществ, а также двух членов семьи Лакс.
Загрязнение
Клетки HeLa иногда сложно контролировать, поскольку они адаптируются к росту в чашках для культивирования тканей и проникают в другие клеточные линии, вытесняя их. Из-за ненадлежащего ухода они могут загрязнять другие клеточные культуры в той же лаборатории, мешая биологическим исследованиям и вынуждая исследователей признавать многие результаты недействительными. Степень загрязнения другими типами клеток HeLa неизвестна, так как немногие исследователи проверяют идентичность или чистоту уже установленных клеточных линий. Показано, что значительная доля клеточных линий, культивируемых in vitro, заражена клетками HeLa; оценки варьируются от 10% до 20%. Это наблюдение позволяет предположить, что любая клеточная линия может быть подвержена определенной степени загрязнения. Стэнли Гартлер (1967) и Уолтер Нельсон Риз (1975) первыми опубликовали работы о загрязнении различных клеточных линий клетками HeLa. Вместо того, чтобы сосредоточиться на способах решения проблемы загрязнения клетками HeLa, многие ученые и научные журналисты продолжают описывать эту проблему как просто проблему загрязнения, вызванную не человеческой ошибкой или недостатками, а живучестью, пролиферацией или подавляющей природой клеток HeLa. Недавние данные свидетельствуют о том, что перекрестное загрязнение по-прежнему является серьезной проблемой в современных клеточных культурах. Международный комитет по аутентификации клеточных линий (ICLAC) отмечает, что во многих случаях неправильной идентификации клеточных линий причиной является перекрестное загрязнение культуры другой, более быстрорастущей клеточной линией. Это ставит под сомнение достоверность исследований, проведенных с использованием загрязненных клеточных линий, поскольку определенные характеристики загрязнителя, которые могут происходить из совершенно другого вида или ткани, могут быть ошибочно приписаны исследуемой клеточной линии.
В СМИ
В документальном фильме 1997 года «Путь всякой плоти» Адам Кертис рассказал историю клеток HeLa и их значение для медицины и общества. Эпизод 2010 года сериала «Закон и порядок» под названием «Бессмертный» был основан на истории Генриетты Лакс и клеточной линии HeLa, в котором вымышленные клетки «NaRo» использовались как замена. История возникновения клеточной линии HeLa также стала темой эпизода подкаста Radiolab, вышедшего в 2010 году. Клетки HeLa были посвящены книге 2010 года Ребекки Склот «Бессмертная жизнь Генриетты Лакс», в которой исследуется исторический контекст клеточной линии и роль семьи Лакс в её использовании.