XVII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2025

Введение

Клеточная линия HeLa представляет собой одну из самых известных и широко используемых модельных систем в биомедицинских исследованиях. Она была отобрана в 1951 году из опухолевых клеток шейки матки Генриетты Лакс, что стало научным прорывом в то временя. Примечательной особенностью клеток HeLa является их способность бесконечно делиться, что позволяет ученым проводить продолжительные эксперименты и получать данные, которые невозможно было бы получить на основе первичных клеток, отобранных из человеческого организма. Эти клетки стали основой для многочисленных открытий в области медицины, клеточной биологии и генетики, существенно изменив подход к пониманию различных заболеваний, включая рак, вирусные инфекции и наследственные заболевания.

Актуальность

Клеточная линия HeLa продолжаtn использоваться для тестирования новых лекарственных средств, изучения вирусных инфекций и разработки клеточных терапий. Кроме того, их применение в научных исследованиях поднимает важные этические вопросы, связанные с согласием и правами пациентов, что делает изучение HeLa актуальным и востребованным в современных условиях.

История открытия линии HeLa

Hela — это клеточная линия, которая была получена в 1951 году после взятия клеток опухоли шейки матки Генриетты Лакс методом биопсии. Эти клетки стали первыми человеческими клетками, способными делиться в лабораторных условиях

Биолог Джордж Гей, исследовавший эти клетки, обнаружил их уникальную способность делиться быстро, при этом количество делений не ограничено.

Джордж Гей, изъявший клетки без ведома пациентки, назвал культуру в своей лаборатории HeLa (по первым буквам имени и фамилии Генриетты Лакс). Благодаря способности к бесконечному делению клетки получили прозвище «бессмертных» [1].

Клетки HeLa быстро распространились по лабораториям всего мира и стали использоваться в биомедицинских исследованиях. На них тестировали вакцину от полиомиелита, для чего была создана первая «фабрика» клеточных линий. HeLa клонировали, отправляли в космос, заражали вирусами, облучали, проводя многочисленные эксперименты. Результаты исследований с использованием этой линии помогли спустя 30 лет установить, что вирус папилломы человека (ВПЧ) вызывает рак шейки матки. Клетки HeLa внесли огромный вклад в развитие медицины и спасли множество жизней [2].

В 1955 году Джордж Гей, когда рассылал клетки коллегам, обнаружил, что они способны переживать пересылку по почте. Спрос быстро рос, и HeLa начали активно тиражировать в лабораториях по всему миру.

Большое значение HeLa в медицине и биологии обусловлено наличием патологически измененных генов, вызывающих непрерывный митоз раковых клеток. Анализ этих клеток привел к открытию хромосомных патологий и частичной геномной гибридизации. Изучение деления HeLa показало, что процесс деления раковых клеток происходит неправильно.

Особенности строения и метаболизма клеточной линии HeLa.

Клетки HeLa называют «бессмертными», они способны делиться неограниченное число раз, в отличие от обычных клеток, имеющих предел Хейфлика. Это возможно по причине того, что как и в различных типах раковых опухолей, клетки HeLa производят фермент теломеразу, которая наращивает теломеры на концах ДНК хромосом. Существующая до сих пор популяция клеток HeLa унаследована от образцов ткани, извлечённой у Генриетты Лакс. Эти клетки пролиферируют необычайно быстро, даже в сравнении с другими раковыми клетками.

Клетки HeLa были с самого начала заражены вирусом папилломы, что часто случается с клетками рака, от которого умерла Генриетта. Клетки HeLa обладают аномальным кариотипом, различные сублинии HeLa имеют 49—78 хромосом, в отличие от нормального кариотипа человека, содержащего 46 хромосом [3].

Клетки HeLa являются типичными опухолевыми клетками, имеющими соответствующие моpфологические пpизнаки и, в том числе, аномальный каpиотип, включающий от 49 до 78 хpомосом, содеpжащих множество хpомосомных аббеpаций. Уже в ХХI в было показано, что анеуплоидия и генетические наpушения в этих клетках, пpямо связаны с интегpативной инфекцией эпителиоцитов матки Г.Л. онкогенным виpусом папилломы человека 18 типа (HPV-18) [4].

В средах, содержащих диализированную сыворотку, скорость включения жирных кислот непосредственно в липиды составляет более 97% метаболизма жирных кислот в клетках HeLa. Метаболизм глюкозы и глутамина в культуре клеток HeLa составил: более 60% углерода глюкозы превращается в лактат, и только 3-5% превращается в ацетил-КоА. Около 25% углерода, содержащегося в глутамине, превращается в CO2, и увеличение его использования при повышении концентрации в сыворотке крови обуславливается увеличением выработки лактата из глюкозы и глутамата из глутамина. Выработка CO2 (и энергии) из глутамина не зависит от концентрации глутамина в пределах десятикратного диапазона физиологических концентраций. Клеточная линия HeLa практически не получает энергию из жирных кислот [5].

Использование клеточной линии HeLa в биотехнологиях.

Клеточная линия HeLa широко используется в биотехнологиях и биомедицинских исследованиях из-за своей способности к бесконечному делению и высокой жизнеспособности. К основным областям применения клеточной линии HeLa в биотехнологиях относят:
1.Исследования онкологических заболеваний.
- Изучение механизмов рака: HeLa используется для изучения процессов канцерогенеза, метастазирования и устойчивости раковых клеток к терапии.
- Тестирование противоопухолевых препаратов: Клетки HeLa служат моделью для скрининга новых химиотерапевтических агентов и оценки их эффективности [4].
- Исследование апоптоза: Изучение механизмов программируемой клеточной смерти и способов её индукции в раковых клетках [2].
2.Вирусология
- Изучение вирусных инфекций: HeLa клетки используются для культивирования вирусов, таких как вирус папилломы человека (ВПЧ), ВИЧ, вирус гриппа и других.
- Разработка вакцин: Клетки HeLa применяются для тестирования эффективности вакцин и изучения иммунного ответа на вирусы [2].
- Исследование взаимодействия вируса и клетки: Изучение механизмов проникновения вирусов в клетки и их репликации.
3.Генетика и молекулярная биология
- Изучение экспрессии генов: HeLa клетки используются для анализа регуляции генов, включая изучение промоторов, энхансеров и сайленсеров.
- Генетическая модификация: Клетки HeLa применяются для внедрения и изучения функций специфических генов, включая гены, связанные с раком или устойчивостью к лекарствам.
- Исследование эпигенетики: Изучение механизмов метилирования ДНК и модификации гистонов, влияющих на экспрессию генов [2].
4.Фармакология и токсикология
- Скрининг лекарственных средств: HeLa клетки используются для тестирования новых препаратов на токсичность и эффективность.
- Изучение механизмов действия лекарств: Исследование того, как лекарственные вещества влияют на клеточные процессы, такие как деление клеток, синтез белка и метаболизм.
- Моделирование устойчивости к лекарствам: Изучение механизмов, с помощью которых раковые клетки становятся устойчивыми к химиотерапии [4].
5.Биотехнология и производство биопрепаратов
- Производство рекомбинантных белков: HeLa клетки могут быть использованы для экспрессии и производства терапевтических белков, таких как антитела или цитокины.
- Разработка клеточных моделей: Создание генетически модифицированных линий HeLa для изучения специфических заболеваний или клеточных процессов.
- Тестирование биоматериалов: Использование HeLa клеток для оценки биосовместимости новых материалов, применяемых в медицине (например, имплантатов) [2].
6.Иммунология
- Изучение иммунного ответа: HeLa клетки используются для исследования взаимодействия между раковыми клетками и иммунной системой.
- Тестирование иммунотерапевтических подходов: Оценка эффективности методов, таких как CAR-T-клеточная терапия, на моделях HeLa.
7.Клеточная биология [4]
- Изучение клеточного цикла: HeLa клетки применяются для анализа регуляции деления клеток и механизмов контроля клеточного цикла.
- Исследование органелл и внутриклеточных процессов: Изучение функций митохондрий, эндоплазматического ретикулума, аппарата Гольджи и других клеточных структур.
- Исследование клеточной адгезии и миграции: Изучение механизмов, которые позволяют клеткам перемещаться и взаимодействовать с окружающей средой [2].
8.Биоинженерия
- Разработка клеточных сенсоров: Использование HeLa клеток для создания биосенсоров, способных обнаруживать токсины, патогены или изменения в окружающей среде.
- Исследование клеточной механики: Изучение физических свойств клеток, таких как эластичность и деформация, для применения в тканевой инженерии [2].

История создания вида Helacyton gartleri

Клетки HeLa — это линия клеток, обладающих способностью бесконечно делиться. История создания вида Helacyton gartleri связана с лабораторной клеточной линией HeLa, полученной 8 февраля 1951 года из раковой опухоли шейки матки пациентки по имени Генриетта Лакс, умершей от этого заболевания 4 октября того же года. Гей назвал их клетками HeLa, по начальным буквам имени Генриетты Лакс.

Исследователь Джордж Отто Гей, получивший клетки без ведома Генриетты, обнаружил, что они обладают уникальной способностью к очень быстрому и неограниченному делению, в отличие от обычных клеток, для которых существует ограничение по количеству делений (предел Хейфлика, около 52 делений) [6].

Аргументами стали наличие у клеток иного количества хромосом, нежели у человека, собственная экологическая ниша и способность размножаться и существовать в условиях, в которых не могут существовать остальные человеческие клетки.

Стоит отметить, что некоторые исследователи выделили клетки HeLa в отдельный вид, который не относится к человеческому, получив название Helacyton gartleri. Название было выбрано в честь самих клеток HeLa: "cyto" происходит от греческого слова "cyton", что переводится как "клетка", а "gartleri" увековечивает имя генетика Стэнли Гартлера, который первым подробно описал удивительные характеристики этих клеток [2].

Особенности клеток HeLa:

• Большой набор хромосом. Как и у многих раковых клеток, некоторые хромосомы этой линии удвоены (всего их может быть от 49 до 78, тогда как в норме в человеческих клетках их 46).

• Способность производить теломеразу. В ходе мутаций клетки HeLa приобрели способность наращивать страховочные концы ДНК — теломеры, защищающие от ошибок при копировании.

• Неудержимый рост на простых питательных средах. Это позволяет проводить масштабные исследования при минимуме затрат.

Эти характеристики делают клетки HeLa удобной моделью для исследований рака и клеточной передачи сигналов. Сегодня существует несколько сублиний этих клеток, адаптировавшихся к условиям лаборатории.

Но несмотря на ряд преимуществ этого вида, данный подход характеризуется и существенными недостатками.

• Невозможность долго существовать вне контролируемой среды. Если прекратить работу с клеточной культурой, клетки HeLa умрут в течение нескольких дней.

• Неспособность выдерживать экстремальные условия окружающей среды.

• Возможность перемещаться с частицами пыли в воздухе или на недостаточно тщательно вымытых руках и приживаться в культурах других клеток.

Клеточная линия HeLa, полученная из раковой опухоли Генриетты Лакс, демонстрирует уникальные свойства, отличающие ее от обычных человеческих клеток: неограниченный потенциал к делению, измененное число хромосом и способность к производству теломеразы.

Эти характеристики, наряду с простотой культивирования, сделали HeLa незаменимой моделью для биомедицинских исследований, особенно в онкологии и изучении клеточной сигнализации.

Заключение

Клеточная линия HeLa широко применяется в биомедицинских исследованиях, это связано с тем, что ее удобно содержать, она имеет неограниченное число делений. Исследования над данной клеточной линией продолжаются так как она представляет собой интерес для науки в дальнейшем.

Списокисточников

1) В. О. Бородин, Ю. С. Казьмина, А. Н. Цыбина, Е. А. Звада. Линия клеток HeLa как модельный объект в биологии и генетике: электронная статья. : Science Forum, 2019. с.

2)И. И. Ляпун, Б. Г. Андрюков, М. П. Бынина Культура клеток HeLa: бессмертное наследие Генриетты Лакс: электронная статья. : Дальневосточный федеральный университет. Серия: Биологические науки., 2018. 5-13 с.

3) Мамаева С. Е Атлас хромосом постоянных клеточных линий человека и животных.: книга. : М.: Научный мир, 2002. 236 с.

4) Мамедов М.К. А.А.Кадыpова HeLa: опухолевые клетки, pазмножение котоpых 70 лет служит науке: журнал. Баку: Биомедицина (Баку) №3, 2021.

5) J Stanisz, B M Wice, D E Kennell Comparative energy metabolism in cultured heart muscle and HeLa cells: journal. : J Cell Physiol., 1983.

6) Опимах Ирина Владимировна Вечные клетки Генриетты Лакс: журнал. : Медицинские технологии. Оценка и выбор.№2, 2018.