Tế bào Hela là một loại tế bào thuộc dòng tế bào bất tử được sử dụng trong các nghiên cứu khoa học. Đây là dòng tế bào người lâu đời nhất và được sử dụng nhiều nhất. Dòng tế bào này được phân lập từ tế bào ung thư cổ tử cung ngày 8 tháng 2 năm 1951 từ Henrietta Lacks, bệnh nhân đã qua đời vì ung thư vào ngày 4 tháng 10 năm 1951. Dòng tế bào HeLa rất ổn định và tăng sinh mạnh – điều này dẫn đến việc chúng dễ nhiễm chéo vào nhiều dòng tế bào khác cũng được sử dụng trong nghiên cứu.
Các tế bào từ khối u của Lacks được nuôi cấy bởi nhà nghiên cứu George Gey mà không có sự cho phép hay đồng ý của cô ấy, Gey đã phát hiện ra cách để duy trì sự sống của chúng ngoài cơ thể. Trước đó, việc nuôi cấy các tế bào khác chỉ có thể kéo dài trong một vài ngày. Các nhà khoa học đã mất nhiều thời gian để cố gắng duy trì sự sống các tế bào hơn là tiến hành nghiên cứu thực tế trên chúng, nhưng một số tế bào lấy từ khối u của Lacks lại có sự khác biệt so với các tế bào khác. George Gey đã có thể phân tách một số tế bào nhất định, tăng sinh chúng và tạo ra một dòng tế bào. Gey đặt tên mẫu tế bào đó là HeLa, theo hai chữ cái đầu trong tên của Henriette Lacks. Chúng trở thành những tế bào người đầu tiên được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm mà có sự “bất tử”, nghĩa là chúng không chết sau một số lần phân chia, và chúng có thể được sử dụng cho rất nhiều thí nghiệm. Điều này cho thấy lợi ích to lớn cho các nghiên cứu sinh học và y khoa.
hela cell 1
Hình ảnh huỳnh quang đa photon môi trường nuôi cấy tế bào Hela với protein huỳnh quang được gắn với thể Golgi (màu da cam), vi ống (màu xanh lá cây) và ADN (màu xanh da trời).
Năm 1955, tế bào HeLa là tế bào người đầu tiên được nhân dòng thành công.
Nhu cầu sử dụng tế bào HeLa gia tăng nhanh chóng. Kể từ khi chúng được đưa vào sản xuất hàng loạt, tế bào HeLa đã được các nhà khoa học trên toàn thế giới sử dụng cho “các nghiên cứu về ung thư, AIDS, ảnh hưởng của phóng xạ và các chất có độc tính, bản đồ gen và vô số các mục đích nghiên cứu khác”. Tế bào HeLa được sử dụng để thử nghiệm độ nhạy của người với băng, keo dính, mỹ phẩm và nhiều sản phẩm khác. Các nhà khoa học đã nhân được khoảng 20 tấn tế bào HeLa và có khoảng 11,000 bằng sáng chế có liên quan đến tế bào HeLa.
1. Lịch sử
Các tế bào được nhân nuôi bởi George Otto Gey một thời gian ngắn trước khi Lacks qua đời vì ung thư năm 1951. Đó là dòng tế bào người đầu tiên được nuôi cấy in vitro thành công, là một thành tựu khoa học với những lợi ích tương lai sâu rộng trong nghiên cứu y học. Vì lợi ích cho khoa học,Gey hiến tặng các tế bào cùng với các công cụ và quy trình mà phòng thí nghiệm của ông đã phát triển cho bất cứ nhà khoa học nào yêu cầu. Henriette Lacks và gia đình cô ấy cho phép thu và sử dụng tế bào, nhưng tại thời điểm đó, sự cho phép từ gia đình là không bắt buộc và cũng không có ai tìm hiểu về vấn đề này. Các tế bào về sau đã được thương mại hóa, mặc dù chưa bao giờ được cấp giấy phép chính thức. Không có yêu cầu nào ở thời điểm đó cũng như ở hiện tại rằng phải thông báo cho bệnh nhân và người thân của họ về những vấn đề sử dụng tế bào của họ bởi vì các vật liệu bị bỏ đi hoặc lấy ra trong quá trình phẫu thuật, chẩn đoán hoặc trị liệu sẽ trở thành tài sản của bác sĩ hoặc cơ sở y tế (điều này hiện đang đòi hỏi sự chấp nhận về mặt đạo đức và sự đồng ý của bệnh nhân ở Anh). Vấn đề này và trường hợp của Lacks được đem ra tại Tòa án Tối cao California khi họ xử vụ án của Moore với Đại diện của trường Đại học California. Tòa án quyết định chính thức rằng phần mô và tế bào bỏ đi của một người không thuộc sở hữu của họ nữa và có thể được thương mại hóa.
Lúc đầu, người ta đặt tên dòng tế bào là “Helen Lane” hoặc “Helen Larson” với mục đích bảo vệ danh tính của Lacks. Bất chấp nỗ lực đó, tên thật của cô ấy đã được báo chí sử dụng trong vòng vài năm sau khi cô ấy qua đời. Các tế bào này được coi như tế bào ung thư, bởi vì được phát triển từ một mẫu sinh thiết lấy từ phần cổ tử cung bị tổn thương do ung thư, mẫu này được lấy ra với mục đích chẩn đoán ung thư. Tranh cãi vẫn diễn ra trong việc phân loại tế bào này.
Tế bào HeLa, giống như các dòng tế bào khác, là dòng tế bào “bất tử” theo nghĩa là chúng có thể phân chia không giới hạn trong quá trình nuôi cấy tế bào trong phòng thí nghiệm khi đảm bảo điều kiện cơ bản cho tế bào sống (tức là duy trì ổn định trong môi trường nuôi phù hợp). Có rất nhiều chủng tế bào HeLa bởi vì chúng liên tục bị đột biến trong điều kiện nuôi cấy, nhưng tất cả các chủng tế bào HeLa đều có cùng nguồn gốc từ một loại mẫu tế bào khối u đã bị loại bỏ ra khỏi cơ thể Lacks. Tổng số các tế bào HeLa được nhân lên trong điều kiện nuôi cấy phòng thí nghiệm lớn hơn rất nhiều tổng số tế bào trong cơ thể Henrietta Lacks.
2. Ứng dụng trong nghiên cứu
Tế bào HeLa được sử dụng bởi Jonas Salk để thử nghiệm vacxin bại liệt đầu tiên vào những năm 1950. Họ quan sát thấy rằng tế bào HeLa rất dễ bị nhiễm virus bại liệt, khiến cho tế bào chết. Điều này khiến cho tế bào HeLa trở nên rất thích hợp để thử nghiệm vacxin bại liệt khi mà có thể dễ dàng thu nhận được kết quả. Một lượng lớn tế bào HeLa cần cho thử nghiệm vacxin bại liệt của Salk, khiến cho Tổ chức Quốc gia chữa bệnh bại liệt (NFIP) phải tìm một phương pháp hiệu quả để có thể sản xuất số lượng lớn tế bào HeLa. Vào mùa xuân năm 1953, một nhà máy nuôi cấy tế bào được thành lập tại trường Đại học Tuskegee để cung cấp tế bào HeLa cho Salk và các phòng thí nghiệm khác. Trong vòng gần một năm sau, vacxin bại liệt do Salk điều chế đã có thể sẵn sàng có thể thử nghiệm trên người.
Tế bào HeLa cũng là dòng tế bào người đầu tiên được nhân dòng thành công năm 1955 bởi Theodore Puck và Philip I Marcus tại trường Đại học Colorado, Denver. Kể từ đó, tế bào HeLa được sử dụng cho các “các nghiên cứu về ung thư, AIDS, ảnh hưởng của phóng xạ và các chất có độc tính, bản đồ gen và vô số các mục đích nghiên cứu khác”. Theo tác giả Rebecca Skloot, tới năm 2009, “có hơn 60,000 bài báo khoa học được công bố là các nghiên cứu đã được thực hiện trên tế bào HeLa, và số lượng bài đã tăng lên một cách ổn định với tỉ lệ trên 300 bài báo mỗi tháng.”
Tế bào HeLa được sử dụng trong các thí nghiệm tìm hiểu cơ chế mà virus bại liệt gây nhiễm vào người, tế bào HeLa, chó và mèo. Các tế bào HeLa cũng được sử dụng để nghiên cứu các loại virus như Oropouche virus (OROV). Virus OROV gây gián đoạn hoạt động của tế bào nuôi cấy, các tế bào bắt đầu bị thoái hóa nhanh chóng sau khi chúng bị nhiễm virus, khiến cho chúng tự chết theo chương trình. Tế bào HeLa được sử dụng để nghiên cứu sự biểu hiện của papillomavirus E2 (khung đọc mở E2 của virus gây bệnh sùi mào gà ở người) và quá trình chết theo chương trình. Chúng cũng được dùng để nghiên cứu khả năng kích hoạt chết theo chương trình cho các dòng tế bào ung thư của virus canine distemper (gây bệnh Carré), nghiên cứu này có thể đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển phương pháp điều trị các tế bào khối u đã kháng lại phương pháp hóa trị và xạ trị. Tế bào HeLa cũng được sử dụng trong một số nghiên cứu về ung thư, bao gồm các nghiên cứu liên quan đến hormone giới tính steroid như Estradiol, estrogen và các thụ thể estrogen, cùng với các hợp chất giống với estrogen, ví dụ như Quercetin và các đặc tính làm giảm ung thư của nó. Cũng đã có các nghiên cứu về ảnh hưởng của flavonoids và chất chống oxi hóa với estradiol lên khả năng tăng sinh tế bào ung thư. Tế bào HeLa được sử dụng để kiểm tra các hoạt tính của các hợp chất có nguồn gốc thực vật và cơ chế chống ung thư của dịch chiết có tính cồn thu từ vỏ xoài (EEMP). EEMP được phát hiện là chứa rất nhiều các hợp chất phenol và chúng kích hoạt sự chết cho tế bào ung thư cổ tử cung ác tính HeLa qua con đường chết theo chương trình, điều đó cũng cho thấy rằng EEMP có khả năng ngăn ngừa ung thư cổ tử cung và các loại ung thư khác.
Năm 2011, tế bào HeLa được sử dụng trong thử nghiệm chất nhuộm mới là heptamethine IR-808 và các chất nhuộm tương tự khác, gần đây người ta khám phá ra việc sử dụng các chất nhuộm này trong các chẩn đoán y khoa,phát triển chẩn đoán điều trị (theranostics) là phương pháp điều trị theo từng cá thể bệnh nhân ung thư với sự hỗ trợ của liệu pháp quang động (Photodynamic Therapy – PDT), cùng kết hợp với các loại thuốc khác và xạ trị. Tế bào HeLa được sử dụng trong các nghiên cứu liên quan tới các phân tử carbon (fullerenes) để kích hoạt quá trình chết theo chương trình như một phần của liệu pháp quang động, cũng như để nghiên cứu ung thư thông qua nghiên cứu các dòng tế bào nuôi cấy. Hơn nữa, tế bào HeLa cũng được sử dụng để xác định các dấu chuẩn ung thư ARN, và để thiết lập Hệ thống nhận diện dựa vào ARNi và Sự can thiệp của các tế bào ung thư đặc hiệu.
3. Phân tích
Telomerase
Dòng tế bào HeLa được phát triển cho mục đích nghiên cứu ung thư. Các tế bào này tăng sinh nhanh chóng lạ thường thậm chí khi so sánh với các dòng tế bào ung thư khác. Cũng giống như các dòng tế bào ung thư khác, tế bào HeLa có một dạng hoạt động của enzyme telomerase trong quá trình phân chia tế bào, điều đó ngăn chặn việc bị làm ngắn lại của đầu telomere mà đó là nguyên nhân gây ra quá trình lão hóa và cuối cùng là chết tế bào. Bằng cách này, các tế bào ung thư tránh được giới hạn Hayflick, là điểm giới hạn số lần tế bào phân chia mà hầu hết tế bào trải qua trước khi trở nên lão hóa.
Số lượng nhiễm sắc thể
Chuyển gen ngang (Horizontal gene transfer) từ papillomavirus 18 (HPV 18) vào tế bào cổ tử cung người đã tạo ra hệ gen của tế bào HeLa, hệ gen này khác với hệ gen của Henrietta Lacks ở nhiều điểm khác nhau, trong đó có số lượng nhiễm sắc thể. Tế bào HeLa là dòng tế bào ung thư phân chia rất nhanh, và số lượng bộ nhiễm sắc thể thay đổi trong quá trình hình thành ung thư cũng như nuôi cấy tế bào trong phòng thí nghiệm. Ước lượng hiện nay (loại trừ đi các mảnh rất nhỏ) rằng“số lượng nhiễm sắc thể lớn hơn thể tam bội (3n+)” tức là 76 tới 80 tổng số các nhiễm sắc thể (nhiều hơn thể bội nhiễm bình thường là 46) với 22-25 các nhiễm sắc thể nhân lên bất thường, chúng được gọi là các nhiễm sắc thể nhận biết tế bào HeLa. Các nhiễm sắc thể này có thể bắt nguồn từ một vài các nhiễm thể ban đầu, điều này gâykhó khăn cho nhà nghiên cứu khi đếm tổng số NST dựa trên số lượng ban đầu. Các nhà nghiên cứu cũng đã lưu ý về sự tồn tại khá ổn định của các kiểu nhiễm sắc thể khác biệt này.
Human papillomaviruses (HPVs) thường chèn vào ADN của tế bào trong ung thư cổ tử cung. Chúng ta đã tìm được năm vị trí chèn vào của virus HPVs bằng phương pháp lai huỳnh quang tại chỗ (FISH): ba vị trí trên nhiễm sắc thể số 8 tại 8q24 và hai vị trí khác trên các nhiễm sắc thể phát sinh có nguồn gốc từ nhiễm sắc thể 8q24 là der(5)t(5;22;8)(q11;q11q13;q24) và der(22)t(8;22)(q24;q13). Số lượng bản copy của 8q24 gia tăng được phát hiện bởi phương pháp lai so sánh hệ gen – CGH. Lai huỳnh quang tại chỗ hai màu với đầu dò c-MYC chỉ ra vị trí của 8q24 trên bản đồ gen và các vị trí mà HPV18 chèn vào, cho thấy rằng việc phân tán và khuếch đại của trình tự gen c-MYC xảy ra ngay sau khi chèn và hầu như được kích hoạt bởi việc chèn vào của virus tại một vị trí. Sự sai lệch về số lượng cũng như cấu trúc nhiễm sắc thể được xác định bởi phương pháp SKY (quang phổ nhiễm sắc thể), sự mất cân bằng hệ gen được phát hiện bởi phương pháp CGH, sử dụng lai FISH trong việc xác định vị trí chèn vào của HPV18 tại locus c-MYC trong tế bào HeLa là những đặc điểm phổ biến và đặc trưng cho giai đoạn sơ khai tạo khối u (advanced stage) của tế bào ung thư cổ tử cung ác tính. Hệ gen của tế bào HeLa khá là ổn định sau vài năm ủ bệnh, vì thế các biến đổi di truyền có thể được phát hiện trong các khối u nguyên phát và phản ánh các biến cố liên quan trực tiếp tới sự phát triển của ung thư cổ tử cung.
Giải trình từ toàn bộ hệ gen
Toàn bộ hệ gen của tế bào HeLa được giải trình tự và công bố vào ngày 11 tháng 3 năm 2013 mà không có sự thông báo tới gia đình của Lacks. Sự lo ngại về quyền riêng tư từ gia đình Lacks đã được nêu lên vì thế các tác giả tình nguyện giữ kín quyền truy cập vào dữ liệu trình tự hệ gen. Jay Shendure đứng đầu dự án giải trình tự gen tế bào HeLa tại trường Đại học Washington đã trình ra một bài báo mà được chấp nhận công bố vào tháng 3 năm 2013 – nhưng bài đó bị giữ lại khi các mối lo ngại về quyền riêng tư của gia đình Lacks được giải quyết. Vào ngày 7 tháng 8 năm 2013, giám đốc của NIH – Francis Collins thông báo rằng một chính sách về kiểm soát việc truy cập tới hệ gen của dòng tế bào này phải dựa trên sự nhất trí sau ba lần họp mặt trao đổi với gia đình Lacks. Một Ủy ban truy cập dữ liệu sẽ xem xét các yêu cầu từ các nhà nghiên cứu về việc truy cập trình tự hệ gen với tiêu chí rằng nghiên cứu đó phải thuộc về nghiên cứu y học và người sử dụng sẽ phải tuân thủ các điều khoản trong bản Cam kết Sử dụng Dữ liệu Hệ gen HeLa, bao gồm việc tất cả các nhà nghiên cứu được tài trợ bởi NIH sẽ phải đưa lại dữ liệu ở dạng cơ sở dữ liệu duy nhất cho việc chia sẻ trong tương lai. Ủy ban bao gồm sáu thành viên là các đại diện thuộc các lĩnh vực y học, khoa học và đạo đức sinh học và hai thành viên trong gia đình Lacks. Trong một cuộc phỏng vấn, Collins ca ngợi thiện chí của gia đình Lacks khi phải tham gia vào một tình cảnh không mong muốn này. Ông ấy nói rằng tất cả trải nghiệm này “có tác động rất mạnh mẽ” tới họ, rằng điều ấy đem lại cùng lúc “sự quan tâm về khoa học, lịch sử và đạo đức” theo một cách độc đáo.
Sự nhiễm chéo
Tế bào HeLa đôi lúc rất khó kiểm soát vì chúng thích nghi nhanh để sinh trưởng trong các đĩa nuôi cấy. Chúng phát triển mạnh như một loại “cỏ dại” bền bỉ trong phòng thí nghiệm và dễ nhiễm chéo vào các dòng tế bào khác trong cùng một phòng nuôi cấy, gây tác động tới nghiên cứu khoa học và buộc các nghiên cứu viên phải công bố nhiều kết quả không có giá trị. Mức độ nhiễm chéo của tế bào HeLa giữa các dòng tế bào khác chưa được hiểu rõ vì ít có nghiên cứu nào kiểm tra danh tính cũng như độ tinh sạch của các dòng tế bào đã được chứng nhận. Các bằng chứng cho thấy một tỉ lệ lớn các dòng tế bào nuôi cấy in vitro đã bị nhiễm chéo với tế bào HeLa, ước tính trong khoảng từ 10% đến 20%. Stanley Gartler (1967) và Walter Nelson-Rees (1957) là những người đầu tiên công bố về sự nhiễm chéo của tế bào HeLa lên nhiều dòng tế bào khác.
Tác giả khoa học Michael Gold đã viết về vấn đề nhiễm chéo tế bào HeLa trong sách của ông: Âm mưu của các Tế bào (A Conspiracy of Cells). Ông miêu tả nhận định của Nelson-Rees về vấn đề phổ biến toàn cầu này – vấn đề nhiễm chéo đã gây ảnh hưởng thậm chí tới cả những phòng thí nghiệm của các nhà khoa học, y học và nghiên cứu viên giỏi nhất, bao gồm cả Jonas Salk – và cần rất nhiều nỗ lực ở đoạn cuối của sự nghiệp của họ để có thể giải quyết nó. Theo như Gold, vấn đề nhiễm chéo tế bào HeLa đã gần như dẫn tới cuộc Chiến tranh Lạnh. Thay vì học tập trung vào giải quyết vấn đề nhiễm chéo tế bào HeLa, rất nhiều nhà khoa học và tác giả tiếp tục dẫn chứng tài liệu rằng vấn đề này chỉ đơn giản là vấn đề nhiễm chéo – rằng nguyên nhân không phải do lỗi lầm hay thiếu sót của con người mà là do bản chất bền vững, khả năng tăng sinh mạnh và đặc tính mãnh liệt của tế bào HeLa.
Dữ liệu gần đây cho thấy rằng nhiễm chéo vẫn đang là một vấn đề đang diễn ra trong điều kiện nuôi cấy tế bào hiện đại. Dẫn trực tiếp từ trang web của Ủy ban Chứng thực Dòng tế bào Quốc tế (ICLAC):
Thật đáng tiếc rằng nhiễm chéo và định dạng sai tế bào vẫn còn phổ biến trong cộng đồng nghiên cứu khoa học. Rất nhiều dòng tế bào bị nhiễm chéo ngay trong quá trình hình thành dòng; điều này có nghĩa là tất cả các công trình khoa học đã nhầm lẫn sử dụng các tế bào nhiễm chéo mà chúng có nguồn gốc từ một loài khác hoặc một loại mô khác. Một dòng tế bào bị coi là định dạng sai nếu nó không còn tương đồng với cá thể mà từ đó nó được hình thành. Có rất nhiều trường hợp đáng tiếc khi công trình nghiên cứu không có giá trị chỉ vì nhiễm chéo với một dòng tế bào khác sinh trưởng mạnh hơn.
Dịch và tổng hợp từ Wikipedia
BioMedia VN
