תאי HeLa

כמעט כל המחקר המדעי בביולוגיה מולקולרית, פרמקולוגיה, וירולוגיה וגנטיקה מתחילת המאה ה-20 השתמש בדגימות של תאים חיים ראשוניים, אשר התקבלו מאורגניזם חי וגודלו בשיטות ביוכימיות שונות, מה שאפשר להאריך את קיומם, כלומר, את היכולת להתחלק בתנאי מעבדה. באמצע המאה הקודמת, המדע קיבל תאי HeLa, שאינם נתונים למוות ביולוגי טבעי. וזה אפשר למחקרים רבים להפוך לפריצת דרך בביולוגיה וברפואה.

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

מאיפה הגיעו תאי HeLa שהונצחו?

סיפור השגת התאים ה"נצחיים" הללו (הנצחה היא יכולתם של תאים להתחלק ללא סוף) קשור לחולה ענייה בת 31 בבית החולים ג'ונס הופקינס בבולטימור - אישה אפרו-אמריקאית, אם לחמישה ילדים בשם הנרייטה לקס, אשר סבלה מסרטן צוואר הרחם במשך שמונה חודשים ועברה טיפולי קרינה פנימיים (ברכיתרפיה), ונפטרה בבית חולים זה ב-4 באוקטובר 1951.

זמן קצר לפני כן, בעת שניסה לטפל בהנרייטה בקרצינומה של צוואר הרחם, הרופא המטפל, המנתח הווארד וילבור ג'ונס, לקח דגימה של רקמת גידול לבדיקה ושלח אותה למעבדת בית החולים, בראשות ג'ורג' אוטו גיי, בוגר ביולוגיה.

הביולוג נדהם מהביופסיה: תאי הרקמה לא מתו לאחר הזמן שהוקצב כתוצאה מאפופטוזיס, אלא המשיכו להתרבות, ובקצב מדהים. החוקר הצליח לבודד תא מבני ספציפי אחד ולהתרבותו. התאים שנוצרו המשיכו להתחלק והפסיקו למות בסוף מחזור המיטוזיס.

וזמן קצר לאחר מותו של המטופל (שמו לא נחשף, אך הוצפן כקיצור HeLa), הופיעה תרבית מסתורית של תאי HeLa.

ברגע שהתברר שתאי HeLa – הזמינים מחוץ לגוף האדם – אינם נתונים למוות מתוכנת, החל לגדול הביקוש אליהם למחקרים וניסויים שונים. ומסחור נוסף של התגלית הבלתי צפויה הביא לארגון ייצור סדרתי – למכירת תאי HeLa למרכזים ומעבדות מדעיים רבים.

שימוש בתאי HeLa

בשנת 1955, תאי HeLa הפכו לתאים האנושיים הראשונים ששובטו, ותאי HeLa שימשו ברחבי העולם לחקר חילוף החומרים של תאים בסרטן; תהליך ההזדקנות; הגורמים לאיידס; מאפייני נגיף הפפילומה האנושי וזיהומים ויראליים אחרים; השפעות הקרינה וחומרים רעילים; מיפוי גנים; בדיקת תרופות חדשות; בדיקת קוסמטיקה ועוד.

על פי נתונים מסוימים, תרבית של תאים אלו, הגדלים במהירות, שימשה ב-70-80 אלף מחקרים רפואיים ברחבי העולם. כ-20 טונות של תרבית תאי HeLa מגודלות מדי שנה לצרכים מדעיים, ונרשמו למעלה מ-10 אלף פטנטים הקשורים לתאים אלו.

הפופולריות של החומר הביולוגי המעבדתי החדש הוקלה על ידי העובדה שבשנת 1954 זן תאי HeLa שימש את וירולוגים אמריקאים לבדיקת חיסון הפוליו שפיתחו.

במשך עשרות שנים, תרבית תאי HeLa שימשה באופן נרחב כמודל פשוט ליצירת גרסאות ויזואליות יותר של מערכות ביולוגיות מורכבות. והיכולת לשכפל שורות תאים מונצחות מאפשרת ניתוחים חוזרים ונשנים על תאים זהים גנטית, תנאי הכרחי למחקר ביו-רפואי.

כבר בתחילת הדרך – בספרות הרפואית של אותן שנים – צוין ה"סיבולת" של תאים אלה. ואכן, תאי HeLa אינם מפסיקים להתחלק אפילו במבחנה מעבדתית רגילה. והם עושים זאת בצורה כה אגרסיבית שאם טכנאי מעבדה יגלו ולו שמץ של רשלנות, תאי HeLa בהחלט יחדרו לתרביות אחרות ויחליפו ברוגע את התאים המקוריים, וכתוצאה מכך טוהר הניסויים מוטל בספק רב.

אגב, כתוצאה ממחקר אחד, שנערך בשנת 1974, נקבעה בניסוי היכולת של תאי HeLa "לזהם" שורות תאים אחרות במעבדות של מדענים.

תאי HeLa: מה הראה המחקר?

מדוע תאי HeLa מתנהגים כך? מכיוון שהם אינם תאים נורמליים של רקמות גוף בריאות, אלא תאי גידול שהתקבלו מדגימת רקמת גידול סרטנית ומכילים גנים שעברו שינוי פתולוגי של מיטוזה רציפה של תאי סרטן אנושיים. במהותם, הם שיבוטים של תאים ממאירים.

בשנת 2013, חוקרים במעבדה האירופית לביולוגיה מולקולרית (EMBL) דיווחו כי ריצפו את ה-DNA וה-RNA בגנום של הנרייטה לאקס באמצעות קריוטיפיזציה ספקטרלית. וכאשר השוו זאת לתאי HeLa, הם גילו כי היו הבדלים בולטים בין הגנים בתאי HeLa לבין תאים אנושיים רגילים...

עם זאת, מוקדם יותר, ניתוח ציטוגנטי של תאי HeLa הוביל לגילוי של סטיות כרומוזומליות רבות והכלאה גנומית חלקית של תאים אלה. התברר כי לתאי HeLa יש קריוטיפ היפרטריפלואידי (3n+) ומייצרים אוכלוסיות תאים הטרוגניות. יתר על כן, יותר ממחצית מתאי ה-HeLa המשובטים נמצאו כסובלים מאנאופלואידיות - שינוי במספר הכרומוזומים: 49, 69, 73 ואפילו 78 במקום 46.

כפי שהתברר, מיטוזות רב-קוטביות, פולי-צנטריות או רב-קוטביות בתאי HeLa מעורבות בחוסר היציבות הגנומית של הפנוטיפ HeLa, באובדן סמני כרומוזום וביצירת אנומליות מבניות נוספות. אלו הן הפרעות במהלך חלוקת התא, המובילות להפרדה פתולוגית של כרומוזומים. אם דו-קוטביות מיטוטית של כישור החלוקה אופיינית לתאים בריאים, אז במהלך חלוקת תא סרטני נוצר מספר גדול יותר של קטבים וכירי חלוקה, ושני תאי הבת מקבלים מספר שונה של כרומוזומים. ורב-קוטביות של הציר במהלך מיטוזה של התא היא מאפיין אופייני של תאי סרטן.

בחקר מיטוזות רב-קוטביות בתאי HeLa, הגיעו גנטיקאים למסקנה שכל תהליך חלוקת תאי הסרטן שגוי, באופן עקרוני: פרופאזה של מיטוזה קצרה יותר, והיווצרות כישור החלוקה קודמת לחלוקת הכרומוזומים; גם המטאפאזה מתחילה מוקדם יותר, ולכרומוזומים אין זמן לתפוס את מקומם, והם מתפזרים באופן אקראי. ובכן, מספר הצנטרוזומים גדול לפחות פי שניים מהנדרש.

לפיכך, הקריוטיפ של תא HeLa אינו יציב ויכול להשתנות מאוד בין מעבדות. כתוצאה מכך, תוצאות של מחקרים רבים - בהתחשב באובדן הזהות הגנטית של החומר התאי - פשוט בלתי אפשריות לשחזר בתנאים אחרים.

המדע עשה צעדים גדולים ביכולתו לתמרן תהליכים ביולוגיים בצורה מבוקרת. הדוגמה האחרונה היא יצירת מודל ריאליסטי של גידול סרטני באמצעות תאי HeLa באמצעות מדפסת תלת-ממדית על ידי קבוצת חוקרים מארה"ב ומסין.