CC BY
22
ИСТОРИЯ БИОМЕДИЦИНЫ / HISTORY OF BIOMEDICINE
DOI: 10.24412/1815-3917-2021-3-34-37
DOI: 110.24412/1815-3917-2021-3-34-37
К 70-ти летию создания перевивной линии клеток человека
HeLa: опухолевые клетки, размножение которых 70 лет
служит науке
М.К.Мамедов*, А.А.Кадырова2
1Междунаpодная экоэнеpгетическая академия, г.Баку, Азербайджан; 2Азербайджанский медицинский университет, г.Баку, Азербайджан
Резюме: Очеpк посвящен 70-ти летию pазpаботки пеpвой бессмеpтной линии клеток человека, названной HeLa. Авторы кpагко охаpакгеpизовали научное значение пpименения этой линии в pазличных исследованиях.
Ключевые слова: клеточная линия, HeLa.
Для цитирования: Мамедов М.К., Кадырова А.А. HeLa: опухолевые клетки, размножение которых 70 лет служит науке. Биомедицина (Баку). 2021;19(3):34-37. DOI: 10.24412/1815-3917-2021-3-34-37
Поступила в редакцию: 20.07.2021. Принята в печать: 15.09.2021.
To the 70th anniversary of a trans plantable human
cell line creation
HeLa: tumor cells whose reproduction 70 years serves science
Mamedov M.K.1, Kadyrova A.A.2
international Ecoenergy Academy, Baku, Azerb; 2Azerbaijan Medical University, Baku, Azerbaijan
Abstract: The sketch is dedicated 70 anniversary of carrying out first immortal human cell line named as HeLa. The authors briefly reflect scientific significance of its utilisation in different researches. Key words: cell line, HeLa.
For citation: Mamedov M.K., Kadyrova A.A. HeLa: tumor cells whose reproduction 70 years serves science. Biomedicine (Baku). 2021;19(3):34-37. DOI: 10.24412/1815-3917-2021-3-34-37
Received: 20.07.2021. Accepted: 15.09.2021.
Для корреспонденции: М.К.Мамедов
Профессор, доктор медицинских наук, отделение биомедицины Международной экоэнергетической академии, г.Баку, Азербайджан.
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9777-1914 E-mail: m.mamedov@inbox.ru
Corresponding author: Mamedov M.K
Professor, Doctor of Medical Sciences, Department of Biomedicine, International Ecoenergy Academy, Baku, Azerbaijan ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9777-1914 E-mail: m.mamedov@inbox.ru
DOI: 10.24412/1815-3917-2021-3-34-37
ИСТОРИЯ БИОМЕДИЦИНЫ / HISTORY OF BIOMEDICINE
Одной из важнейших биотехнологий, внедрение которой на протяжение ХХ в обеспечило базис для интенсивного развития целого ряда биологических и медицинских наук, стало использование устойчивых клеточных линий, поддерживаемых in vitro. Однако, если технология культивирования "бессмертных" клеток животных, в форме неопределенно долго существующих в искусственных питательных средах клеточных линий, была описана еще в начале ХХ в (П.Эрлих, 1905; А.Каррель, 1912), то первые линии культивируемых in vitro клеток человека были получены лишь в начале 50-х гг прошлого столетия ХХ в. Именно таковой была линия клеток злокачественной опухоли человека, полученная 70 лет назад и известная ученым всего мира под названием "линия HeLa" [1].
Учитывая ту исключительно важную методологическую роль, которую эта клеточная линия сыграла в развитии целого ряда биомедицинских наук и биотехнологии, этому событию мы посвятили небольшой очерк об этой клеточной линии и ее значении для науки.
Создание этой линии связано с именем Джорджа Гея (G.O.Gey), цитолога и руководителя лаборатории исследования клеток и тканей университета Джонса Хопкинса в г.Балтиморе, штат Мэриленд, в США.
Дж.Гей получил степень бакалавра биологии в 1920 г в университете Питтсбурга и степень доктора медицины в 1933 г в университете Джонса Хопкинса. Долгие годы он занимался систематическим поиском длительно существующих линий клеток человека, пригодных для проведения научных исследований и внес заметный вклад в развитие технологии культвирования клеток и совершенствование используемого при этом оборудования (включая роликовый барабан для постоянного смешивания питательной среды). Дж.Гей стал основателем и первым президентом Ассоциации культуры тканей США.
В 1951 г культивируя в растворе in vitro эпителиальные клетки рака матки, полученные при биопсии опухоли у афроамериканки, пациентки гинекологического отделения университетской больницы по имени Генриета Лэкс (Henrietta Lacks), обнаружил необычайно высокую скорость пролиферации и выраженную жизнеспособность этих раковых клеток. Он сумел выделить одну из этих клеток и, клонируя ее, получил потомство этой клетки, которое назвал по имени пациентки, у которой эти клетки были получены - "штамм HeLa" [2].
Заметим, что мать 5 детей, 31 летняя Г.Лэкс
Джоpдж Отто Гей (1899-1970)
(Г.Л.) поступила в больницу 1 февраля 1951 г. Биопсия была проведена 8 февраля, а после лучевого и лекарственного лечения пациентка умерла в октябре того же года. Однако, уже в сентябре Дж.Гей публично объявил, что им получен первый устойчивый штамм опухолевых клеток человека, благодаря которому в медико-биологических научных исследованиях может начаться новая эпоха, открывающая большие перспективы в создании новых диагностических и лекарственных препаратов.
Уже через год было установлено, что клетки этого штамма действительно иммортализованы (т.е. не подвержены клеточному старению) и могут считаться "бессметными" [3, 4]. Дж.Гей передал эту линию клеток для изучения нескольким ученым. Более того, университет Джонса Хопкинса на протяжение многих лет безвозмездно передавал образцы этой уникальной клеточной линии всем желавшим их использовать исследователям. Спрос на эту клеточную линию возрастал и она стала первой в мире стандартной клеточной линией, которая, будучи наиболее устойчивой к факторам внешней среды, пролиферировала необычайно быстро.
В итоге, сегодня эта клеточная линия поддерживается в лабораториях многих стран мира. Следует иметь ввиду, что за минувшие годы, адаптируясь к росту in vitro, эти клетки эволюционировали и, в итоге, сформировали несколько "ветвей" этой линии, которые, отличаются друг от друга лишь незначительными особенностями.
Эти клетки, являющиеся "потомками" рака
БИОМЕДИЦИНА | Т.19«№3«2021 / BIOMEDICINE | VOM9«№3«2021_
ИСТОРИЯ БИОМЕДИЦИНЫ / HISTORY OF BIOMEDICINE DOI: 10.24412/1815-3917-2021-3-34-37
матки, возникшего у Г.Л., в цитологическом отношении являются типичными опухолевыми клетками, имеющими соответствующие морфологические признаки и, в том числе, аномальный карио-тип, включающий от 49 до 78 хромосом, содержащих множество хромосомных аббераций. Уже в XXI в было показано, что анеуплоидия и генетические нарушения в этих клетках, прямо связаны с интегративной инфекцией эпителиоцитов матки Г.Л. онкогенным вирусом папилломы человека 18 типа (HPV-18).
С 1951 г клетки HeLa, находясь в искусственной среде, делятся по сей день, а общая масса потомства этих клеток составляет несколько тонн, а их возраст уже на 100 лет старше самой Г.Л.
Уникальность этих клеток состоит в том, что in vitro они делятся вдвое быстрее нормальных эпителиоцитов (их число удваивается примерно за сутки) и даже заметно быстрее других культивируемых опухолевых клеток и, при этом, являются неприхотливыми и не нуждаются в наличии в среде особых ростовых субстратов. Эти клетки очень быстро приспосабливаются к условиям и хорошо переносят консервацию, в том числе, криотрансформацию и сохраняются в замороженном состоянии десятки лет.
Клетки HeLa были первыми "бессмертными" клетками человека, а опыт их культивирования in vitro оказался весьма ценным для развития технологии клеточных культур. После того, как выяснилось, что эта линия клеток, с известными оговорками, может рассматриваться в качестве упрощенного, но достаточно адекватного имитатора клеточных популяций человеческого организма, она стала незаменимым инструментом для нескольких поколений ученых, работавших в разных областях биологии, медицины и биотехнологии. Это снискало ей репутацию одной из самых популярных линий клеток, используемых в научных изысканиях биологов и медиков [5].
Конкретизируя некоторые из моментов, отметим, что благодаря клеткам HeLa в 1953 г в США Дж.Солком была разработана инактивированная вакцина против полиомиелита. Их применение позволило за короткий срок накопить огромное число чувствительных к вирусу клеток, необходимых для получения нужного количества вакцины.
В дальнейшем эта линия клеток широко использовалась для выделения и культивирования ряда других вирусов и, в том числе, вируса иммунодефицита человека и животных и даже корона-вирусов.
Ниже мы перечислим и некоторые другие исследования, в которых, в том или ином качестве,
была использована эта линия клеток.
Так, их применение облегчило исследование цитологов, которые в 1956 г установили, что у человека имеется не 48, а 46 хромосом. Эти клетки были одним из первых биологических объектов, которые начиная с 1960 г неоднократно отправлялись в космическое пространство - после возвращения они обнаружили способность хорошо переносить и невесомость. В конце 60-х гг XX в их применение стимулировало исследования, которые в 1972 г привели к созданию первой рекомбинантной молекулы ДНК. Кроме того, эти клетки использовались в исследованиях, завершившихся разработкой технологии экстракорпорального оплодотворения, а также нашли применение в процессе клонирования высших организмов и, в том числе, овечки Долли. Благодаря клеткам HeLa была выявлена связь HPV с раком шейки матки, а также изучена роль теломеразы в предотвращении деградации хромосом при репликативном "старении". Они широко использовались и в экспериментах по оценке характера воздействия на биологические объекты радиации и токсичных веществ, составления генетических карт (в проекте "Геном человека"), развития методов клеточной инженерии и решения огромного числа других научных и биотехнологических задач [6, 7].
Особо отметим, что с начала 70-х гг ХХ в клетки HeLa широко используются в ряде международных программ по изучению канцерогенеза и поиску противораковых препаратов. Эти клетки несут на своей поверхности определенный набор мембранных рецепторов, что позволяет использовать их для исследования механизмов передачи сигнала между клетками и в частности действия на них некоторых цитокинов, факторов роста и гормонов. Эта линия оказалась вполне приемлемой моделью для поиска ответов на вопросы, связанные с изучением новых противоопухолевых препаратов и др.
Итак, предположение Гея, высказанное им 70 лет назад, оказалось провидческим - появление клеточной линии HeLa стало долгожданным событием для исследователей всего мира. Эта линия, в генетическом отношении идентичная во всех лабораториях мира, позволила ученым разных стран получать и независимо друг от друга подтверждать или отвергать новые научные данные.
За десятилетия служения науке клеточная линия HeLa стала неоценимой и неотъемлемой частью биомедицинских исследований и заслужила эпитет "мать вирусологии, клеточных и тканевых технологий, биотехнологии".
Сегодня клеточная линия HeLa остается цен-
_БИОМЕДИЦИНА | т.19«№3«2021 / BIOMEDICINE | voM9«№3«2021
DOI: 10.24412/1815-3917-2021-3-34-37 ИСТОРИЯ БИОМЕДИЦИНЫ / HISTORY OF BIOMEDICINE
ным научный инструментом в руках многих исследователей, занятых изучением проблем. имеющих отношение к многим биомедицинским наукам. Подсчитано, что число научных публикаций об исследованиях, проведенных с использованием этой линии, достигает 100 тысяч, а число патентов, полученных благодаря применению этих клеток превосходит 10 тысяч [8].
Эти факты прямо указывают на то, что раковые клетки, которые ученые культивируют уже 70 лет, в конечном итоге, смогли спасти и продолжают спасать огромное число человеческих жизней. Это число настолько велико, что создание линии HeLa должно быть признано одним из величайших научных достижений ХХ века.
Литература / References
1. Мамедов М.К., Кадырова А.А. Культивируемые клеточные системы: столетие на службе науки. Биомедицина (Баку). 2007;4:46-49. Режим достпа: https://biomedicine.az/download/biomedicine_4_2007.pdf
Mamedov M.K., Kadyrova A.A. [Kultiviruemye kletochnye sistemy: stoletie na sluzhbe nauki]. Biomedicine (Baku). 2007;4:46-49. (In Russian). Available at: https://biomedicine.az/download/biomedicine_4_2007.pdf
2. Gey GO, Coffman WD, Kubicek MT. Tissue culture studies of the proliferative capacity of cervical carcinoma and normal epithelium. Cancer Res. 1952;12:264-265. Available at: https://web.expasy.org/cellosaurus/ cellopub/CLPUB00047
3. Scherer W.F., Syverton J., Gey G. Studies on the propagation in vitro of poliomyelitis viruses. IV. Viral multiplication in a stable strain of human malignant epithelial cells (strain HeLa) derived from an epidermoid carcinoma of the cervix. J Exp Med. 1953 May;97(5):695-710. DOI: 10.1084/jem.97.5.695.
4. Perry V., Evans V., Earle W. Cultivation of large culture of HeLa cells in horse serum. Science. 1955;121:805. DOI: 10.1126/science.121.3153.805
5. Gold M. The cells that would not die. Science. 1981;81:25-35.
6. Gillet JP, Varna S, Gottesman MM. The clinical relevance of cancer cell lines. J Natl Cancer Inst. 2013;105(7):452-458. D0I:10.1093/jnci/djt007
7. Geraghty RJ, Capes-Davis A, Davis JM, Downward J, et al. Cancer Research UK. Guidelines for the use of cell lines in biomedical research. Br J Cancer. 2014 Sep 9;111(6):1021-46. DOI: 10.1038/bjc.2014.166.
8. Ляпун И.Н., Андрюков Б.Г., Бынина М.П. Культура клеток HeLa: бессмертное наследие Генриетты Лакс. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2019;37(4): 151 157. DOI: https://doi.org/ 10.17116/molgen201937041151
Lyapun IN, Andryukov BG, Bynina MP. HeLa cell culture: Henrietta Lacks immortal heritage. Molecular Genetics, Microbiology and Virology. 2019;37(4): 151 157. (In Russian). https://doi.org/10.17116/mol-gen201937041151
Информация о соавторах: А.А.Кадырова
Профессор, доктор медицинских наук, зав. кафедрой медицинской микробиологии и иммунологии, Азербайджанский медицинский университет, г. Баку, Азербайджан E-mail: dr.kadyrovah@mail.ru
Information about co-authors: Kadyrova A.A.
Professor, Doctor of Medical Sciences, Head of medical Microbiology and Immunology Chair, Azerbaijan Medical University, Baku, Azerbaij an E-mail: dr.kadyrovah@mail.ru
ISSN 1815-3917
Сдано в набор 30.09.2021. Подписано к печати 23.09.2021. Распространяется бесплатно. Тираж 250.
