เซลล์ HeLa

งานวิจัยทางวิทยาศาสตร์เกือบทั้งหมดในด้านชีววิทยาโมเลกุล เภสัชวิทยา ไวรัสวิทยา พันธุศาสตร์ ตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 20 เป็นต้นมา ล้วนใช้ตัวอย่างเซลล์ที่มีชีวิตขั้นต้น ซึ่งได้มาจากสิ่งมีชีวิตและเพาะเลี้ยงโดยใช้วิธีการทางชีวเคมีต่างๆ ซึ่งทำให้เซลล์เหล่านี้สามารถยืดอายุการดำรงอยู่ได้ นั่นคือ ความสามารถในการแบ่งตัวในห้องปฏิบัติการ ในช่วงกลางศตวรรษที่แล้ว วิทยาศาสตร์ได้รับเซลล์ HeLa ซึ่งไม่ตายตามธรรมชาติ ซึ่งทำให้การศึกษามากมายกลายเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านชีววิทยาและการแพทย์

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

เซลล์ HeLa ที่เป็นอมตะมาจากไหน?

เรื่องราวของการได้รับเซลล์ที่ “ไม่มีวันตาย” เหล่านี้ (การทำให้เป็นอมตะคือความสามารถของเซลล์ในการแบ่งตัวอย่างไม่มีที่สิ้นสุด) มีความเชื่อมโยงกับผู้ป่วยหญิงชาวแอฟริกัน-อเมริกันวัย 31 ปีของโรงพยาบาล Johns Hopkins ในเมืองบัลติมอร์ ซึ่งเป็นแม่ของลูกห้าคนชื่อ Henrietta Lacks ซึ่งป่วยเป็นมะเร็งปากมดลูกมานานถึงแปดเดือนและได้รับการฉายรังสีภายใน (การบำบัดด้วยรังสีภายใน) และเสียชีวิตที่โรงพยาบาลแห่งนี้เมื่อวันที่ 4 ตุลาคม พ.ศ. 2494

ไม่นานก่อนหน้านี้ ขณะที่พยายามรักษามะเร็งปากมดลูก ของนายเฮนเรียตตา แพทย์ที่ทำการรักษาซึ่งเป็นศัลยแพทย์ นายโฮเวิร์ด วิลเบอร์ โจนส์ ได้เก็บตัวอย่างเนื้อเยื่อเนื้องอกไปตรวจ แล้วส่งไปที่ห้องปฏิบัติการของโรงพยาบาล ซึ่งมีจอร์จ ออตโต เกย์ ผู้สำเร็จการศึกษาสาขาชีววิทยาเป็นหัวหน้าห้องในขณะนั้น

นักชีววิทยารู้สึกตกตะลึงกับผลการตรวจชิ้นเนื้อ เซลล์เนื้อเยื่อไม่ได้ตายตามเวลาที่กำหนดอันเป็นผลจากอะพอพโทซิส แต่ยังคงขยายตัวต่อไปในอัตราที่น่าตกใจ นักวิจัยสามารถแยกเซลล์โครงสร้างเฉพาะหนึ่งเซลล์และเพิ่มจำนวนเซลล์ดังกล่าวได้ เซลล์ที่เกิดขึ้นยังคงแบ่งตัวต่อไปและหยุดตายเมื่อสิ้นสุดรอบการแบ่งเซลล์

และไม่นานหลังจากการเสียชีวิตของคนไข้ (ซึ่งไม่ได้เปิดเผยชื่อ แต่เข้ารหัสเป็นรหัสย่อว่า HeLa) วัฒนธรรมเซลล์ HeLa อันลึกลับก็ปรากฏขึ้น

เมื่อเห็นชัดแล้วว่าเซลล์ HeLa ที่พบได้ภายนอกร่างกายมนุษย์นั้นไม่ได้ถูกโปรแกรมให้ตาย ความต้องการเซลล์ดังกล่าวเพื่อใช้ในการศึกษาวิจัยและทดลองต่างๆ ก็เริ่มเพิ่มมากขึ้น และการนำการค้นพบที่ไม่คาดคิดนี้ไปใช้ในเชิงพาณิชย์มากขึ้น ส่งผลให้มีการจัดการผลิตเซลล์ HeLa เป็นจำนวนมากเพื่อขายให้กับศูนย์วิทยาศาสตร์และห้องปฏิบัติการจำนวนมาก

การใช้เซลล์ HeLa

ในปีพ.ศ. 2498 เซลล์ HeLa ได้กลายเป็นเซลล์มนุษย์ชุดแรกที่ถูกโคลน และเซลล์ HeLa ถูกนำมาใช้ทั่วโลกเพื่อศึกษาการเผาผลาญเซลล์ในมะเร็ง กระบวนการชรา สาเหตุของโรคเอดส์ ลักษณะของไวรัสหูดหงอนไก่และการติดเชื้อไวรัสอื่นๆ ผลกระทบของรังสีและสารพิษ การทำแผนที่ยีน การทดสอบยารักษาโรคชนิดใหม่ การทดสอบเครื่องสำอาง เป็นต้น

ตามข้อมูลบางส่วน พบว่าการเพาะเลี้ยงเซลล์ที่เติบโตเร็วเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในการศึกษาทางการแพทย์ทั่วโลกกว่า 70,000-80,000 ครั้ง มีการเพาะเลี้ยงเซลล์ HeLa ประมาณ 20 ตันต่อปีสำหรับความต้องการทางวิทยาศาสตร์ และมีการจดทะเบียนสิทธิบัตรที่เกี่ยวข้องกับเซลล์เหล่านี้แล้วมากกว่า 10,000 ฉบับ

การเผยแพร่วัสดุชีวภาพในห้องปฏิบัติการชนิดใหม่นี้ได้รับการอำนวยความสะดวกจากข้อเท็จจริงที่ว่าในปีพ.ศ. 2497 นักไวรัสวิทยาชาวอเมริกันได้ใช้เซลล์สายพันธุ์ HeLa เพื่อทดสอบวัคซีนป้องกันโรคโปลิโอที่พวกเขาพัฒนาขึ้น

เป็นเวลาหลายทศวรรษที่การเพาะเลี้ยงเซลล์ HeLa ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะแบบจำลองง่ายๆ เพื่อสร้างระบบชีวภาพที่ซับซ้อนในรูปแบบที่มองเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้น และความสามารถในการโคลนสายเซลล์อมตะช่วยให้สามารถวิเคราะห์ซ้ำกับเซลล์ที่มีพันธุกรรมเหมือนกันทุกประการ ซึ่งเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการวิจัยทางชีวการแพทย์

ในช่วงเริ่มต้น - ในเอกสารทางการแพทย์ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา - มีการกล่าวถึง "ความแข็งแกร่ง" ของเซลล์เหล่านี้ แท้จริงแล้ว เซลล์ HeLa ไม่หยุดแบ่งตัวแม้แต่ในหลอดทดลองในห้องปฏิบัติการทั่วไป และเซลล์เหล่านี้ทำอย่างรุนแรงมาก จนถึงขนาดว่าหากช่างเทคนิคในห้องปฏิบัติการแสดงความประมาทแม้เพียงเล็กน้อย เซลล์ HeLa ก็จะแทรกซึมเข้าไปในวัฒนธรรมอื่นและแทนที่เซลล์เดิมอย่างใจเย็น ส่งผลให้ความบริสุทธิ์ของการทดลองเป็นที่น่าสงสัยอย่างยิ่ง

อย่างไรก็ตาม จากผลการศึกษาวิจัยครั้งหนึ่งที่ดำเนินการในปีพ.ศ. 2517 พบว่าเซลล์ HeLa สามารถ “ปนเปื้อน” เซลล์สายอื่นๆ ในห้องปฏิบัติการของนักวิทยาศาสตร์ได้

เซลล์ HeLa: การวิจัยแสดงให้เห็นอะไรบ้าง?

เหตุใดเซลล์ HeLa จึงแสดงพฤติกรรมเช่นนี้ เพราะเซลล์เหล่านี้ไม่ใช่เซลล์ปกติของเนื้อเยื่อร่างกายที่แข็งแรง แต่เป็นเซลล์เนื้องอกที่ได้มาจากตัวอย่างเนื้อเยื่อเนื้องอกมะเร็งและมียีนที่เปลี่ยนแปลงทางพยาธิวิทยาจากการแบ่งเซลล์มะเร็งของมนุษย์อย่างต่อเนื่อง กล่าวโดยพื้นฐานแล้ว เซลล์เหล่านี้คือโคลนของเซลล์มะเร็ง

ในปี 2013 นักวิจัยจากห้องปฏิบัติการชีววิทยาโมเลกุลยุโรป (EMBL) รายงานว่า พวกเขาได้จัดลำดับดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอในจีโนมของเฮนเรียตตา แล็กส์โดยใช้แคริโอไทป์เชิงสเปกตรัม และเมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์ HeLa พวกเขาพบว่ามีข้อแตกต่างที่ชัดเจนระหว่างยีนในเซลล์ HeLa และเซลล์มนุษย์ปกติ...

อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์ไซโทเจเนติกของเซลล์ HeLa ก่อนหน้านี้ได้นำไปสู่การค้นพบความผิดปกติของโครโมโซมจำนวนมากและการผสมพันธุ์ทางพันธุกรรมบางส่วนของเซลล์เหล่านี้ ปรากฏว่าเซลล์ HeLa มีแคริโอไทป์แบบไฮเปอร์ทริปพลอยด์ (3n+) และสร้างประชากรเซลล์ที่มีลักษณะแตกต่างกัน นอกจากนี้ ยังพบว่าเซลล์ HeLa ที่โคลนมากกว่าครึ่งหนึ่งมีภาวะโครโมโซมผิดปกติ ซึ่งก็คือการเปลี่ยนแปลงในจำนวนโครโมโซม ได้แก่ 49, 69, 73 และ 78 แทนที่จะเป็น 46

จากผลการศึกษาพบว่า ไมโทซิสแบบหลายขั้ว หลายศูนย์กลาง หรือหลายขั้วในเซลล์ HeLa มีส่วนเกี่ยวข้องกับความไม่เสถียรของจีโนมของฟีโนไทป์ HeLa การสูญเสียเครื่องหมายโครโมโซม และการเกิดความผิดปกติทางโครงสร้างเพิ่มเติม สิ่งเหล่านี้เป็นความผิดปกติในระหว่างการแบ่งเซลล์ ซึ่งนำไปสู่การแยกโครโมโซมทางพยาธิวิทยา หากการแบ่งเซลล์แบบสองขั้วของแกนแบ่งเซลล์เป็นลักษณะเฉพาะของเซลล์ปกติ ในระหว่างการแบ่งเซลล์มะเร็ง จะมีการสร้างขั้วและแกนแบ่งเซลล์มากขึ้น และเซลล์ลูกทั้งสองจะได้รับจำนวนโครโมโซมที่ต่างกัน และการแบ่งเซลล์แบบหลายขั้วของแกนแบ่งเซลล์เป็นลักษณะเฉพาะของเซลล์มะเร็ง

นักพันธุศาสตร์ได้ข้อสรุปจากการศึกษาการแบ่งเซลล์มะเร็งแบบไมโทซิสหลายขั้วในเซลล์ HeLa ว่าโดยหลักการแล้วกระบวนการแบ่งเซลล์มะเร็งทั้งหมดไม่ถูกต้อง โพรเฟสของการแบ่งเซลล์จะสั้นกว่า และการก่อตัวของแกนแบ่งเซลล์จะเกิดขึ้นก่อนการแบ่งโครโมโซม นอกจากนี้ ระยะเมตาเฟสยังเริ่มต้นเร็วกว่าด้วย และโครโมโซมไม่มีเวลาที่จะเข้ามาแทนที่ โดยกระจายตัวแบบไร้ทิศทาง จำนวนเซนโทรโซมนั้นอย่างน้อยก็มากกว่าความจำเป็นสองเท่า

ดังนั้น แคริโอไทป์ของเซลล์ HeLa จึงไม่เสถียรและอาจแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละห้องปฏิบัติการ ดังนั้น ผลการศึกษาหลายๆ ครั้งจึงไม่สามารถทำซ้ำได้ภายใต้เงื่อนไขอื่น เนื่องจากสูญเสียเอกลักษณ์ทางพันธุกรรมของสารในเซลล์ไป

วิทยาศาสตร์ได้ก้าวหน้าอย่างมากในการควบคุมกระบวนการทางชีววิทยา ตัวอย่างล่าสุดคือการสร้างแบบจำลองที่สมจริงของเนื้องอกมะเร็งโดยใช้เซลล์ HeLa ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติโดยกลุ่มนักวิจัยจากสหรัฐอเมริกาและจีน