XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Клеточная линия HeLa была открыта в 1951 году Джорджем Геем и является первой линией культивируемых клеток человека in vitro, которые могут быть выращены на специально подобранных средах, аналогично бактериям или другим одноклеточным организмам. Гей, культивируя in vitro эпителиальные клетки рака шейки матки, полученные при биопсии опухоли у афроамериканки по имени Генриетта Лакс, обнаружил необычайно высокую скорость пролиферации и выраженную жизнеспособность этих раковых клеток, ему удалось выделить одну конкретную клетку, нарастить ее и начать клеточную линию, названной в честь Генриетты «HeLa».

Уникальность данных клеток заключается в том, что invitro они делятся вдвое быстрее, чем обычные эпителиальные клетки, и даже превосходят по скорости деления другие культивируемые опухолевые клетки. Более того, эти клетки не требовательны к питательным средам, они быстро адаптируются к изменяющимся условиям, легко переносят процессы консервации, включая криотрансформацию, и могут сохраняться в замороженном состоянии десятилетиями.

1952 г. считается рождением клеточной экспериментальной вирусологии, HeLa начали использовать для изучения молекулярных механизмов заражения клеток человека вирусами, появились современные стандарты клеточной биологии, началась отработка методов ведения клеточной культуры HeLa. Клетки впервые были пересланы по почте. В 1953 г. зародилась генетическая медицина, были проведены первые эксперименты по окраске хромосом гематоксилином и разработана вакцина против полиомиелита, созданной Джонасом Солком. В 1954 г. появились коммерческие стандартизированные клеточных линий и первое массовое производство клеток HeLa для продажи исследовательским лабораториям, зарождение клонирования. В 1959 г. были проведены первые эксперименты по воздействию токсинов на клетки. 1960 г. - зарождение космической клеточной биологии. 1965 г. - создание химерных клеток путем слияния НеLа с лимфоцитами мыши. 1972 г. - рождение генетической инженерии, создана первая рекомбинантная молекула ДНК Бергом. 1973 г. - HeLa использована как модель для изучения сальмонеллеза. 1984 г. – на модели НеLа доказано, что вирус папилломы может вызывать рак. 1986 г. - на модели HeLa показан механизм заражения клеток вирусом иммунодефицита человека. 1989 г. - в клетках HeLa открыт неизвестный ранее фермент теломераза. 1993 г. - на модели HeLa исследован механизм заражения туберкулезом. 2005 г. - клетки HeLa используются для изучения потенциальных опасностей наноструктур 2013 г. - представлены результаты полного сиквенса генома клеточнойлинии HeLa.

В отличие от типичных человеческих клеток, которые делятся до 50 раз и содержат 46 нормальных хромосом, клетки HeLa имеют 70-80 хромосом, более 20 транслокаций и способны делиться бесконечно [1,2,3]. Также в клеточной линии было обнаружено 93 делеции, 52 тандемных дупликаций и 3 инверсии. Клетки выращиваются в измененной среде Eagle, включающей в себя 4,5 г/л глюкозы, 10% термоинактивированной фетальной коровьей сыворотки, 2 мМ глютамина, 100 Ед/мЛ пенициллина и 100 мкг/мл стрептомицина. Инкубация проводится при 37°C в атмосфере, содержащей 5% CO₂ [4].

На данный момент активно исследуется клеточный цикл раковых клеток на линии HeLa. Эти клетки проходят через четыре основные фазы клеточного цикла: G1, S, G2 и M. Фаза митоза является наиболее динамичным периодом клеточного цикла, во время которого происходит значительная перестройка практически всех клеточных компонентов. Регуляция прогрессирования клеточного цикла через подфазы митоза осуществляется сложными молекулярными механизмами, а согласование клеток HeLa с подфазами митоза помогает понять основные молекулярные процессы, лежащие в их основе [5]. 

Исследования на клетках HeLa направлены на изучение процессов поглощения вспомогательных веществ, способствующих улучшению растворимости и проницаемости несовместимых с водой активных фармацевтических ингредиентов, таких как циклодекстрины. Бета-циклодекстрины также способны удалять холестерин из липидного слоя клеточных мембран, что приводит к цитотоксичности, зависящей от их концентрации, и регулированию функций мембранных белков, включая ABC-транспортеры [6].

Линия также является отличной моделью для исследования антиопухолевых препаратов. Например, путем слияния клеток HeLa и MCF-7 получили гибридные везикулы (VES), которые использовали для двойного нацеливания препарата доксорубицина (Dox) на раковые клетки. Гибридные VES, содержащие Dox (Dox-hybrid VEs), проявили многообещающую антиопухолевую и антипролиферативную активность в отношении клеток MCF-7 с множественной лекарственной устойчивостью и клеток HeLa. Кроме того, по сравнению со свободными Dox, Dox-гибридные везикулы обладают низким внутриклеточным поглощением и сниженной цитотоксичностью [7].

Другим примером исследования на клеточной линии является изучение действия метформина - противодиабетического препарата, который также проявляет потенциальные противоопухолевые свойства в случае рака шейки матки. Метформин снижает жизнеспособность клеток, стимулирует процесс апоптоза, увеличивает уровень экспрессии каспазы-3 и снижает уровень BCL-2. Было выявлено, что механизм, при помощи которого метформин уменьшает вероятность развития опухолей, является АМФ-активируемой протеинкиназой AMPK-зависимой или AMPK-независимой и воздействует на производство NF-κB. Метформин способствует апоптозу путем подавления NF-κB и увеличения экспрессии ATF-3 [8]. 

Изоликвиритигенин (ИЛГ), который принадлежит к группе флавонидов, также обладает противоопухолевой активностью. Оценка данной активности проводится методом МТТ, который представляет собой колориметрический тест для измерения метаболической активности клеток. В исследовании на опухолевой линии HeLa был зафиксирован максимальный эффект при концентрации изоликвиритигенина 10^–4 моль/л, что привело к снижению доли жизнеспособных клеток. Действия ИЛГ по отношению к клеткам HeLa могут быть связаны с тем, что они способствуют индукции апоптоза и препятствуют росту опухолевых клеток в S или G2/M фазах клеточного цикла, уменьшают экспрессию белка Bcl2, увеличивают экспрессию каспаз и стимулируют другие пути апоптоза в раковых клетках HeLa путем увеличения образования активных форм кислорода [9].

Таким образом, клеточная линия HeLa является ценным инструментом для исследования антиопухолевых препаратов и может оказать значительную помощь в борьбе с раковыми заболеваниями благодаря необычайно высокой скорости пролиферации и жизнеспособности, а также способностью адаптироваться к различным условиям.

Список литературы

1. Мамедов М.К., Кадыpова А.А. HeLa: опухолевые клетки, pазмножение котоpых 70 лет служит науке // Биомедицина. - 2021. – т. 19. - №3. - С. 34-37.

2. Ляпун И.Н., Андрюков Б.Г., Бынина М.П. КУЛЬТУРА КЛЕТОК HELA: БЕССМЕРТНОЕ НАСЛЕДИЕ ГЕНРИЕТТЫ ЛАКС // Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. - 2019. - №4. – С. 151-157.

3. Heng HH. Genomics: HeLa genome versus donor's genome. Nature. 2013. – vol. 501.- № 7466.

4. The genomic and transcriptomic landscape of a HeLa cell line / J.J. Landry, P.T. Pyl, T. Rausch [et al] // G3 (Bethesda). – 2013. – vol. 3. - №8. – P. - 1213–1224.

5. Wee P. Synchronization of HeLa Cells to Mitotic Subphases/ P. Wee, R.C. Wang, Z. Wang // Methods Mol Biol. – 2022. – vol. 2579. – P. 99-110. 

6. Cellular Effects of Cyclodextrins: Studies on HeLa Cells / A. Rusznyák, M. Palicskó, É Fenyvesi [et al] // Molecules. – 2022. – vol. – 27. - № 5.

7. Song J. Cancer-Cell-Derived Hybrid Vesicles from MCF-7 and HeLa Cells for Dual-Homotypic Targeting of Anticancer Drugs / J. Song, H. Jung, G. You, H. Mok // Macromol Biosci. – 2021. - vol. 21. - № 7

8. Chu Z., Potential Mechanisms of Metformin-Induced Apoptosis in HeLa Cells / Z. Chu, Y. Tan, C. Xu [et al] // Biomolecules. – 2023. – vol. 13. - № 6

9. Бортникова О. А., Павлова С. И. ИЗУЧЕНИЕ ПРОТИВООПУХОЛЕВОЙ АКТИВНОСТИ ИЗОЛИКВИРИТИГЕНИНА НА КЛЕТОЧНЫХ ЛИНИЯХ HELA, PC-3, MCF-7/ О.А. Бортникова, С.И. Павлова // Acta Medica Eurasica. - 2021. - №2.