HeLa-solut

Lähes kaikessa molekyylibiologian, farmakologian, virologian ja genetiikan tieteellisessä tutkimuksessa 1900-luvun alusta lähtien on käytetty elävien organismien primaaristen solujen näytteitä, joita on viljelty erilaisilla biokemiallisilla menetelmillä, mikä on mahdollistanut niiden elinkelpoisuuden eli kyvyn jakautua laboratorio-olosuhteissa pidentymisen. Viime vuosisadan puolivälissä tiede sai käyttöönsä HeLa-solut, jotka eivät ole alttiita luonnolliselle biologiselle kuolemalle. Ja tämä mahdollisti monien tutkimusten läpimurron biologiassa ja lääketieteessä.

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

Mistä kuolemattomat HeLa-solut ovat peräisin?

Näiden "kuolemattomien" solujen (kuolemattomuus on solujen kyky jakautua loputtomasti) saamisen tarina liittyy Baltimoressa sijaitsevan Johns Hopkinsin sairaalan köyhään 31-vuotiaaseen potilaaseen – afroamerikkalaiseen naiseen, viiden lapsen äitiin nimeltä Henrietta Lacks, joka kuoli tässä sairaalassa 4. lokakuuta 1951 kärsittyään kahdeksan kuukautta kohdunkaulan syövästä ja saatuaan sisäistä sädehoitoa (brachyterapiaa).

Hieman ennen tätä, yrittäessään hoitaa Henriettaa kohdunkaulan syöpää, hoitava lääkäri, kirurgi Howard Wilbur Jones, otti näytteen kasvainkudoksesta tutkimusta varten ja lähetti sen sairaalan laboratorioon, jota johti tuolloin biologian kandidaatti George Otto Gey.

Biologi oli järkyttynyt koepalasta: kudossolut eivät kuolleet apoptoosin seurauksena määrätyn ajan kuluttua, vaan jatkoivat lisääntymistä, ja vieläpä hämmästyttävällä nopeudella. Tutkija onnistui eristämään yhden tietyn rakennesolun ja lisäämään sen. Tuloksena olevat solut jatkoivat jakautumista ja lakkasivat kuolemasta mitoottisen syklin lopussa.

Ja pian potilaan kuoleman jälkeen (jonka nimeä ei paljastettu, mutta se salattiin lyhenteellä HeLa) ilmestyi salaperäinen HeLa-solujen viljelmä.

Kun kävi selväksi, että ihmiskehon ulkopuolella saatavilla olevat HeLa-solut eivät olleet ohjelmoidun kuoleman alaisia, niiden kysyntä erilaisissa tutkimuksissa ja kokeissa alkoi kasvaa. Ja odottamattoman löydön kaupallistaminen johti sarjatuotannon järjestämiseen – HeLa-solujen myymiseksi lukuisille tieteellisille keskuksille ja laboratorioille.

HeLa-solujen käyttö

Vuonna 1955 HeLa-soluista tuli ensimmäiset kloonatut ihmissolut, ja HeLa-soluja on käytetty maailmanlaajuisesti tutkimaan syöpäsolujen aineenvaihduntaa, ikääntymisprosessia, AIDSin syitä, ihmisen papilloomaviruksen ja muiden virusinfektioiden ominaisuuksia, säteilyn ja myrkyllisten aineiden vaikutuksia, geenikartoitusta, uusien lääkkeiden testausta, kosmetiikan testausta jne.

Joidenkin tietojen mukaan näiden nopeasti kasvavien solujen viljelmää on käytetty 70–80 tuhannessa lääketieteellisessä tutkimuksessa maailmanlaajuisesti. Tieteellisiin tarpeisiin kasvatetaan vuosittain noin 20 tonnia HeLa-soluviljelmää, ja näihin soluihin on rekisteröity yli 10 tuhatta patenttia.

Uuden laboratoriobiomateriaalin yleistymistä helpotti se, että amerikkalaiset virologit käyttivät HeLa-solukantaa vuonna 1954 kehittämänsä poliorokotteen testaamiseen.

HeLa-soluviljelmää on käytetty vuosikymmenten ajan laajalti yksinkertaisena mallina monimutkaisten biologisten järjestelmien visuaalisempien versioiden luomiseen. Ja kyky kloonata kuolemattomia solulinjoja mahdollistaa toistuvien analyysien tekemisen geneettisesti identtisillä soluilla, mikä on edellytys biolääketieteelliselle tutkimukselle.

Aivan alussa – noiden vuosien lääketieteellisessä kirjallisuudessa – huomattiin näiden solujen ”kestävyys”. HeLa-solut eivät todellakaan lopeta jakautumista edes tavallisessa laboratoriokoeputkessa. Ja ne tekevät sen niin aggressiivisesti, että jos laboratorioteknikot osoittavat pienintäkään huolimattomuutta, HeLa-solut tunkeutuvat varmasti muihin viljelmiin ja korvaavat rauhallisesti alkuperäiset solut, minkä seurauksena kokeiden puhtaus on erittäin kyseenalainen.

Muuten, yhden vuonna 1974 tehdyn tutkimuksen tuloksena HeLa-solujen kyky "saastuttaa" muita solulinjoja tutkijoiden laboratorioissa kokeellisesti osoitettiin.

HeLa-solut: mitä tutkimus osoitti?

Miksi HeLa-solut käyttäytyvät tällä tavalla? Koska ne eivät ole terveiden kehon kudosten normaaleja soluja, vaan syöpäkasvainkudosnäytteestä saatuja kasvainsoluja, jotka sisältävät patologisesti muuttuneita ihmisen syöpäsolujen jatkuvan mitoosin geenejä. Pohjimmiltaan ne ovat pahanlaatuisten solujen klooneja.

Vuonna 2013 Euroopan molekyylibiologian laboratorion (EMBL) tutkijat raportoivat sekvensoineensa Henrietta Lacksin genomin DNA:n ja RNA:n spektraalisen karyotyypityksen avulla. Ja kun he vertasivat sitä HeLa-soluihin, he havaitsivat, että HeLa-solujen ja normaalien ihmissolujen geenien välillä oli huomattavia eroja...

Kuitenkin jo aiemmin HeLa-solujen sytogeneettinen analyysi johti lukuisten kromosomipoikkeavuuksien löytämiseen ja näiden solujen osittaiseen genomiseen hybridisaatioon. Kävi ilmi, että HeLa-soluilla on hypertriploidinen (3n+) karyotyyppi ja ne tuottavat heterogeenisiä solupopulaatioita. Lisäksi yli puolella kloonatuista HeLa-soluista havaittiin aneuploidia - kromosomien lukumäärän muutos: 49, 69, 73 ja jopa 78 kromosomien lukumäärän 46 sijaan.

Kuten kävi ilmi, HeLa-solujen moninapaiset, polysentriset tai moninapaiset mitoosit ovat osallisina HeLa-fenotyypin genomisessa epävakaudessa, kromosomimerkkien katoamisessa ja muiden rakenteellisten poikkeavuuksien muodostumisessa. Nämä ovat solunjakautumisen aikana tapahtuvia häiriöitä, jotka johtavat kromosomien patologiseen segregaatioon. Jos jakautumiskaran mitoottinen bipolaarisuus on tyypillistä terveille soluille, niin syöpäsolun jakautumisen aikana muodostuu suurempi määrä napoja ja jakautumiskaroja, ja molemmat tytärsolut saavat eri määrän kromosomeja. Ja karan moninapaisuus solumitoosin aikana on syöpäsolujen tyypillinen piirre.

Tutkiessaan HeLa-solujen moninapaisia mitooseja geneetikot tulivat siihen tulokseen, että koko syöpäsolujen jakautumisprosessi on periaatteessa virheellinen: mitoosin profaasi on lyhyempi ja jakautumiskaran muodostuminen edeltää kromosomien jakautumista; myös metafaasi alkaa aikaisemmin, eivätkä kromosomit ehdi ottaa paikkaansa, vaan jakautuvat sattumanvaraisesti. No, sentrosomien määrä on ainakin kaksi kertaa niin suuri kuin on tarpeen.

HeLa-solun karyotyyppi on siis epävakaa ja voi vaihdella suuresti laboratorioiden välillä. Tämän seurauksena monien tutkimusten tuloksia on yksinkertaisesti mahdotonta toistaa muissa olosuhteissa, koska solumateriaalin geneettinen identiteetti on menetetty.

Tiede on edistynyt merkittävästi biologisten prosessien hallitussa manipuloinnissa. Viimeisin esimerkki tästä on yhdysvaltalaisen ja kiinalaisen tutkijaryhmän luoma realistinen malli syöpäkasvaimesta HeLa-solujen avulla 3D-tulostimella.