Cellule HeLa

Quasi tutta la ricerca scientifica in biologia molecolare, farmacologia, virologia e genetica dall'inizio del XX secolo ha utilizzato campioni di cellule primarie viventi, ottenute da un organismo vivente e coltivate con vari metodi biochimici, che ne hanno permesso l'estensione della vitalità, ovvero la capacità di dividersi in condizioni di laboratorio. A metà del secolo scorso, la scienza ha scoperto le cellule HeLa, che non sono soggette a morte biologica naturale. Ciò ha permesso a molti studi di rappresentare una svolta in biologia e medicina.

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Da dove provengono le cellule HeLa immortalizzate?

La storia dell'ottenimento di queste cellule "immortali" (l'immortalità è la capacità delle cellule di dividersi all'infinito) è legata a una povera paziente di 31 anni del Johns Hopkins Hospital di Baltimora: una donna afroamericana, madre di cinque figli, di nome Henrietta Lacks, che, dopo aver sofferto di cancro cervicale per otto mesi ed essere stata sottoposta a radioterapia interna (brachiterapia), morì in questo ospedale il 4 ottobre 1951.

Poco prima, mentre cercava di curare Henrietta per un carcinoma cervicale, il medico curante, il chirurgo Howard Wilbur Jones, prelevò un campione di tessuto tumorale per esaminarlo e lo inviò al laboratorio dell'ospedale, allora diretto da George Otto Gey, laureato in biologia.

Il biologo rimase sbalordito dalla biopsia: le cellule tissutali non morirono dopo il tempo previsto per apoptosi, ma continuarono a moltiplicarsi a una velocità sorprendente. Il ricercatore riuscì a isolare una specifica cellula strutturale e a moltiplicarla. Le cellule risultanti continuarono a dividersi e smisero di morire alla fine del ciclo mitotico.

E subito dopo la morte del paziente (il cui nome non è stato rivelato, ma criptato con l'abbreviazione HeLa), è comparsa una misteriosa coltura di cellule HeLa.

Una volta che divenne chiaro che le cellule HeLa – disponibili al di fuori del corpo umano – non erano soggette a morte programmata, la domanda per vari studi ed esperimenti iniziò a crescere. E l'ulteriore commercializzazione di questa inaspettata scoperta portò all'organizzazione di una produzione in serie, per la vendita di cellule HeLa a numerosi centri e laboratori scientifici.

Utilizzando le cellule HeLa

Nel 1955, le cellule HeLa sono diventate le prime cellule umane a essere clonate e sono state utilizzate in tutto il mondo per studiare il metabolismo cellulare nel cancro, il processo di invecchiamento, le cause dell'AIDS, le caratteristiche del papillomavirus umano e di altre infezioni virali, gli effetti delle radiazioni e delle sostanze tossiche, la mappatura genetica, la sperimentazione di nuovi prodotti farmaceutici, la sperimentazione di cosmetici, ecc.

Secondo alcuni dati, la coltura di queste cellule a crescita rapida è stata utilizzata in 70-80 mila studi medici in tutto il mondo. Circa 20 tonnellate di cellule HeLa vengono coltivate ogni anno per scopi scientifici e sono stati registrati oltre 10 mila brevetti riguardanti queste cellule.

La diffusione del nuovo biomateriale da laboratorio fu facilitata dal fatto che nel 1954 il ceppo cellulare HeLa fu utilizzato dai virologi americani per testare il vaccino contro la poliomielite da loro sviluppato.

Per decenni, la coltura cellulare HeLa è stata ampiamente utilizzata come modello semplice per creare versioni più visive di sistemi biologici complessi. E la capacità di clonare linee cellulari immortalizzate consente analisi ripetute su cellule geneticamente identiche, un prerequisito per la ricerca biomedica.

Già all'inizio – nella letteratura medica di quegli anni – si notava la "resistenza" di queste cellule. Infatti, le cellule HeLa non smettono di dividersi nemmeno in una normale provetta da laboratorio. E lo fanno in modo così aggressivo che, alla minima disattenzione dei tecnici di laboratorio, le cellule HeLa penetrano inevitabilmente in altre colture e sostituiscono tranquillamente le cellule originali, il che rende altamente discutibile la purezza degli esperimenti.

A proposito, in seguito a uno studio condotto nel 1974, è stata dimostrata sperimentalmente la capacità delle cellule HeLa di "contaminare" altre linee cellulari nei laboratori degli scienziati.

Cellule HeLa: cosa ha dimostrato la ricerca?

Perché le cellule HeLa si comportano in questo modo? Perché non sono cellule normali di tessuti corporei sani, ma cellule tumorali ottenute da un campione di tessuto tumorale canceroso e contenenti geni patologicamente alterati derivanti dalla mitosi continua di cellule tumorali umane. In sostanza, sono cloni di cellule maligne.

Nel 2013, i ricercatori dell'European Molecular Biology Laboratory (EMBL) hanno riferito di aver sequenziato il DNA e l'RNA del genoma di Henrietta Lacks utilizzando il cariotipo spettrale. E confrontandoli con quelli delle cellule HeLa, hanno scoperto differenze sorprendenti tra i geni delle cellule HeLa e quelli delle cellule umane normali...

Tuttavia, già in precedenza, l'analisi citogenetica delle cellule HeLa aveva portato alla scoperta di numerose aberrazioni cromosomiche e alla parziale ibridazione genomica di queste cellule. Si è scoperto che le cellule HeLa presentano un cariotipo ipertriploide (3n+) e producono popolazioni cellulari eterogenee. Inoltre, più della metà delle cellule HeLa clonate presentava aneuploidie, ovvero variazioni nel numero di cromosomi: 49, 69, 73 e persino 78 invece di 46.

Come si è scoperto, le mitosi multipolari, policentriche o multipolari nelle cellule HeLa sono coinvolte nell'instabilità genomica del fenotipo HeLa, nella perdita di marcatori cromosomici e nella formazione di ulteriori anomalie strutturali. Si tratta di alterazioni durante la divisione cellulare che portano alla segregazione patologica dei cromosomi. Se la bipolarità mitotica del fuso di divisione è caratteristica delle cellule sane, durante la divisione di una cellula tumorale si forma un numero maggiore di poli e fusi di divisione, ed entrambe le cellule figlie ricevono un numero diverso di cromosomi. La multipolarità del fuso durante la mitosi cellulare è una caratteristica delle cellule tumorali.

Studiando le mitosi multipolari nelle cellule HeLa, i genetisti sono giunti alla conclusione che l'intero processo di divisione delle cellule tumorali è, in linea di principio, errato: la profase della mitosi è più breve e la formazione del fuso di divisione precede la divisione dei cromosomi; anche la metafase inizia prima e i cromosomi non hanno il tempo di prendere il loro posto, distribuendosi in modo casuale. Ebbene, il numero di centrosomi è almeno il doppio del necessario.

Pertanto, il cariotipo delle cellule HeLa è instabile e può variare notevolmente da un laboratorio all'altro. Di conseguenza, i risultati di molti studi – data la perdita dell'identità genetica del materiale cellulare – sono semplicemente impossibili da riprodurre in altre condizioni.

La scienza ha fatto grandi progressi nella sua capacità di manipolare i processi biologici in modo controllato. L'esempio più recente è la creazione di un modello realistico di tumore canceroso utilizzando cellule HeLa con una stampante 3D da parte di un gruppo di ricercatori statunitensi e cinesi.