HeLa-cellen

Vrijwel al het wetenschappelijk onderzoek in de moleculaire biologie, farmacologie, virologie en genetica sinds het begin van de 20e eeuw maakte gebruik van monsters van primaire levende cellen. Deze cellen werden verkregen van een levend organisme en gekweekt met behulp van verschillende biochemische methoden, waardoor hun levensvatbaarheid, dat wil zeggen hun vermogen om zich te delen onder laboratoriumomstandigheden, kon worden verlengd. Halverwege de vorige eeuw kreeg de wetenschap toegang tot HeLa-cellen, die niet onderhevig zijn aan een natuurlijke biologische dood. Dit zorgde ervoor dat veel studies een doorbraak in de biologie en geneeskunde betekenden.

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

Waar komen geïmmortaliseerde HeLa-cellen vandaan?

Het verhaal over het verkrijgen van deze ‘onsterfelijke’ cellen (immortalisatie is het vermogen van cellen om oneindig te delen) is verbonden met een arme 31-jarige patiënte van het Johns Hopkins Hospital in Baltimore – een Afro-Amerikaanse vrouw, moeder van vijf kinderen genaamd Henrietta Lacks, die, na acht maanden aan baarmoederhalskanker te hebben geleden en inwendige bestraling (brachytherapie) te hebben ondergaan, op 4 oktober 1951 in dit ziekenhuis overleed.

Kort hiervoor, toen Henrietta behandeld werd voor baarmoederhalskanker, nam de behandelend arts, chirurg Howard Wilbur Jones, een monster van tumorweefsel voor onderzoek en stuurde dit naar het laboratorium van het ziekenhuis, dat toen onder leiding stond van George Otto Gey, een bachelor in de biologie.

De bioloog was verbijsterd door de biopsie: de weefselcellen stierven niet af na de voorgeschreven tijd als gevolg van apoptose, maar bleven zich vermenigvuldigen, en wel in een verbluffend tempo. De onderzoeker slaagde erin één specifieke structurele cel te isoleren en te vermenigvuldigen. De resulterende cellen bleven zich delen en stopten met sterven aan het einde van de mitotische cyclus.

En kort na het overlijden van de patiënt (wiens naam niet bekendgemaakt werd, maar gecodeerd werd met de afkorting HeLa), verscheen er een mysterieuze cultuur van HeLa-cellen.

Toen duidelijk werd dat HeLa-cellen – beschikbaar buiten het menselijk lichaam – niet onderhevig waren aan geprogrammeerde celdood, begon de vraag ernaar voor diverse studies en experimenten te groeien. De verdere commercialisering van deze onverwachte ontdekking leidde tot de organisatie van serieproductie – voor de verkoop van HeLa-cellen aan talloze wetenschappelijke centra en laboratoria.

Gebruik van HeLa-cellen

In 1955 waren HeLa-cellen de eerste menselijke cellen die werden gekloond. HeLa-cellen worden over de hele wereld gebruikt voor onderzoek naar celstofwisseling bij kanker, het verouderingsproces, de oorzaken van aids, de kenmerken van het humaan papillomavirus en andere virusinfecties, de effecten van straling en giftige stoffen, genkartering, het testen van nieuwe geneesmiddelen en cosmetica, enzovoort.

Volgens sommige gegevens is de kweek van deze snelgroeiende cellen wereldwijd in 70.000 tot 80.000 medische studies gebruikt. Jaarlijks wordt ongeveer 20 ton HeLa-celkweek gekweekt voor wetenschappelijke doeleinden en zijn er meer dan 10.000 patenten op deze cellen geregistreerd.

De popularisering van het nieuwe laboratoriumbiomateriaal werd mogelijk gemaakt door het feit dat Amerikaanse virologen in 1954 de HeLa-celstam gebruikten om het door hen ontwikkelde poliovaccin te testen.

HeLa-celkweek wordt al decennia lang veelvuldig gebruikt als een eenvoudig model voor het creëren van meer visuele versies van complexe biologische systemen. De mogelijkheid om geïmmortaliseerde cellijnen te klonen maakt herhaalde analyses op genetisch identieke cellen mogelijk, een vereiste voor biomedisch onderzoek.

Al in het begin – in de medische literatuur van die jaren – werd de "uithoudingsvermogen" van deze cellen opgemerkt. HeLa-cellen stoppen inderdaad niet met delen, zelfs niet in een gewone laboratoriumreageerbuis. En ze doen dat zo agressief dat HeLa-cellen, zelfs bij de minste onzorgvuldigheid, andere culturen zullen binnendringen en de oorspronkelijke cellen zonder pardon zullen vervangen, waardoor de zuiverheid van de experimenten zeer twijfelachtig is.

Overigens werd in een onderzoek uit 1974 experimenteel vastgesteld dat HeLa-cellen andere cellijnen in de laboratoria van wetenschappers kunnen ‘besmetten’.

HeLa-cellen: wat heeft het onderzoek aangetoond?

Waarom gedragen HeLa-cellen zich zo? Omdat het geen normale cellen van gezond lichaamsweefsel zijn, maar tumorcellen die afkomstig zijn van een kankerweefselmonster en pathologisch veranderde genen bevatten die bijdragen aan de continue mitose van menselijke kankercellen. In wezen zijn het klonen van kwaadaardige cellen.

In 2013 meldden onderzoekers van het European Molecular Biology Laboratory (EMBL) dat ze het DNA en RNA in het genoom van Henrietta Lacks hadden gesequenced met behulp van spectrale karyotypering. Toen ze dit vergeleken met HeLa-cellen, ontdekten ze opvallende verschillen tussen de genen in HeLa-cellen en die in normale menselijke cellen...

Cytogenetische analyse van HeLa-cellen leidde echter al eerder tot de ontdekking van talrijke chromosomale afwijkingen en gedeeltelijke genomische hybridisatie van deze cellen. Het bleek dat HeLa-cellen een hypertriploïd (3n+) karyotype hebben en heterogene celpopulaties produceren. Bovendien bleek meer dan de helft van de gekloonde HeLa-cellen aneuploïdie te hebben – een verandering in het aantal chromosomen: 49, 69, 73 en zelfs 78 in plaats van 46.

Het bleek dat multipolaire, polycentrische of multipolaire mitosen in HeLa-cellen betrokken zijn bij de genomische instabiliteit van het HeLa-fenotype, het verlies van chromosoommarkers en de vorming van extra structurele afwijkingen. Dit zijn verstoringen tijdens de celdeling die leiden tot pathologische segregatie van chromosomen. Als mitotische bipolariteit van de delingsspoel kenmerkend is voor gezonde cellen, dan wordt tijdens de deling van een kankercel een groter aantal polen en delingsspoelen gevormd, en ontvangen beide dochtercellen een verschillend aantal chromosomen. De multipolariteit van de delingsspoel tijdens de celmitose is een kenmerkend kenmerk van kankercellen.

Door multipolaire mitosen in HeLa-cellen te bestuderen, kwamen genetici tot de conclusie dat het hele proces van kankerceldeling in principe onjuist is: de profase van de mitose is korter en de vorming van de delingsspoel gaat vooraf aan de chromosoomdeling; de metafase begint ook eerder en chromosomen hebben geen tijd om hun plaats in te nemen en verspreiden zich lukraak. Welnu, het aantal centrosomen is minstens twee keer zo groot als nodig is.

Het karyotype van de HeLa-cel is dus instabiel en kan sterk variëren tussen laboratoria. Daardoor zijn de resultaten van veel onderzoeken – gezien het verlies van de genetische identiteit van het celmateriaal – simpelweg onmogelijk te reproduceren onder andere omstandigheden.

De wetenschap heeft grote vooruitgang geboekt in het gecontroleerd manipuleren van biologische processen. Het meest recente voorbeeld is de creatie van een realistisch model van een kankergezwel met HeLa-cellen met behulp van een 3D-printer door een groep onderzoekers uit de VS en China.