خلايا هيلا

منذ بداية القرن العشرين، اعتمدت معظم الأبحاث العلمية في مجالات البيولوجيا الجزيئية، وعلم الأدوية، وعلم الفيروسات، وعلم الوراثة، على عينات من الخلايا الحية الأولية، المُستخرَجة من كائن حي، والمُزرَعة بطرق كيميائية حيوية متنوعة، مما سمح بإطالة عمرها الافتراضي، أي قدرتها على الانقسام في ظروف المختبر. في منتصف القرن الماضي، تمكّن العلم من الحصول على خلايا هيلا، وهي خلايا لا تخضع للموت البيولوجي الطبيعي. وهذا ما مكّن العديد من الدراسات من أن تُصبح نقلة نوعية في علم الأحياء والطب.

[ 1 ]، [ 2 ]، [ 3 ]، [ 4 ]

من أين جاءت خلايا هيلا الخالدة؟

ترتبط قصة الحصول على هذه الخلايا "الخالدة" (الخلود هو قدرة الخلايا على الانقسام إلى ما لا نهاية) بمريضة فقيرة تبلغ من العمر 31 عامًا في مستشفى جونز هوبكنز في بالتيمور - وهي امرأة أمريكية من أصل أفريقي، وأم لخمسة أطفال تدعى هنريتا لاكس، والتي عانت من سرطان عنق الرحم لمدة ثمانية أشهر وخضعت للإشعاع الداخلي (العلاج الإشعاعي الموضعي)، وتوفيت في هذا المستشفى في 4 أكتوبر 1951.

قبل ذلك بوقت قصير، أثناء محاولة علاج هنريتا من سرطان عنق الرحم ، أخذ الطبيب المعالج، الجراح هوارد ويلبر جونز، عينة من أنسجة الورم للفحص وأرسلها إلى مختبر المستشفى، الذي كان يرأسه آنذاك جورج أوتو جاي، الحاصل على بكالوريوس في علم الأحياء.

صُدم عالم الأحياء بالخزعة: لم تمت خلايا الأنسجة بعد الوقت المحدد نتيجةً للاستماتة، بل استمرت في التكاثر، وبمعدلٍ مذهل. تمكّن الباحث من عزل خلية هيكلية محددة وتكاثرها. استمرت الخلايا الناتجة في الانقسام وتوقفت عن الموت في نهاية الدورة الانقسامية.

وبعد وقت قصير من وفاة المريض (الذي لم يتم الكشف عن اسمه، ولكن تم تشفيره بالاختصار HeLa)، ظهرت ثقافة غامضة من خلايا HeLa.

بمجرد أن اتضح أن خلايا هيلا - المتوفرة خارج جسم الإنسان - لا تخضع للموت المبرمج، ازداد الطلب عليها لإجراء دراسات وتجارب مختلفة. وأدى التوسع التجاري لهذا الاكتشاف غير المتوقع إلى تنظيم إنتاج متسلسل لخلايا هيلا، لبيعها للعديد من المراكز والمختبرات العلمية.

استخدام خلايا هيلا

في عام 1955، أصبحت خلايا هيلا أول خلايا بشرية يتم استنساخها، وتم استخدام خلايا هيلا في جميع أنحاء العالم لدراسة عملية التمثيل الغذائي للخلايا في السرطان؛ وعملية الشيخوخة؛ وأسباب الإيدز؛ وخصائص فيروس الورم الحليمي البشري وغيره من الالتهابات الفيروسية؛ وتأثيرات الإشعاع والمواد السامة؛ ورسم الخرائط الجينية؛ واختبار الأدوية الجديدة؛ واختبار مستحضرات التجميل، وما إلى ذلك.

وفقًا لبعض البيانات، استُخدمت زراعة هذه الخلايا سريعة النمو في 70-80 ألف دراسة طبية حول العالم. ويُزرع حوالي 20 طنًا من خلايا هيلا سنويًا لتلبية الاحتياجات العلمية، وقد سُجلت أكثر من 10 آلاف براءة اختراع تتعلق بهذه الخلايا.

وقد تم تسهيل انتشار المادة الحيوية المخبرية الجديدة من خلال حقيقة أنه في عام 1954 تم استخدام سلالة خلايا هيلا من قبل علماء الفيروسات الأميركيين لاختبار لقاح شلل الأطفال الذي طوروه.

لعقود من الزمن، استُخدمت زراعة خلايا هيلا على نطاق واسع كنموذج بسيط لإنشاء نسخ مرئية أكثر للأنظمة البيولوجية المعقدة. وتتيح القدرة على استنساخ سلالات خلوية خالدة إجراء تحليلات متكررة على خلايا متطابقة وراثيًا، وهو شرط أساسي للبحوث الطبية الحيوية.

في البداية، وفي الأدبيات الطبية لتلك السنوات، لوحظت قدرة هذه الخلايا على التحمّل. في الواقع، لا تتوقف خلايا هيلا عن الانقسام حتى في أنبوب اختبار معملي عادي. وتفعل ذلك بقوة هائلة، لدرجة أنه إذا أظهر فنيو المختبر أدنى إهمال، فإن خلايا هيلا ستخترق بالتأكيد مزارع أخرى وتحل محل الخلايا الأصلية بهدوء، مما يجعل نقاء التجارب موضع شك كبير.

وبالمناسبة، نتيجة لدراسة أجريت في عام 1974، تم إثبات قدرة خلايا هيلا على "تلويث" خطوط الخلايا الأخرى في مختبرات العلماء تجريبياً.

خلايا هيلا: ماذا أظهرت الأبحاث؟

لماذا تتصرف خلايا هيلا بهذه الطريقة؟ لأنها ليست خلايا طبيعية لأنسجة الجسم السليمة، بل خلايا ورمية مأخوذة من عينة نسيجية من ورم سرطاني، وتحتوي على جينات معدلة مرضيًا مسؤولة عن الانقسام المتساوي المستمر لخلايا السرطان البشرية. في جوهرها، هي نسخ من خلايا خبيثة.

في عام ٢٠١٣، أفاد باحثون في مختبر الأحياء الجزيئية الأوروبي (EMBL) بأنهم تسلسلوا الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) والحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (RNA) في جينوم هنريتا لاكس باستخدام النمط النووي الطيفي. وعند مقارنته بخلايا هيلا، وجدوا اختلافات ملحوظة بين جينات هيلا والخلايا البشرية الطبيعية.

ومع ذلك، وحتى قبل ذلك، أدى التحليل الوراثي الخلوي لخلايا هيلا إلى اكتشاف العديد من التشوهات الكروموسومية والتهجين الجينومي الجزئي لهذه الخلايا. وتبين أن خلايا هيلا تتميز بنمط نووي ثلاثي الصبغيات (3n+) وتُنتج مجموعات خلوية غير متجانسة. علاوة على ذلك، وُجد أن أكثر من نصف خلايا هيلا المستنسخة تعاني من اختلال الصيغة الصبغية - أي تغير في عدد الكروموسومات: 49، 69، 73، وحتى 78 بدلاً من 46.

كما اتضح، فإن الانقسامات متعددة الأقطاب، أو متعددة المراكز، أو متعددة الأقطاب في خلايا هيلا تُسهم في عدم الاستقرار الجينومي للنمط الظاهري لهيلا، وفقدان علامات الكروموسومات، وتكوين تشوهات هيكلية إضافية. هذه اضطرابات تحدث أثناء انقسام الخلايا، مما يؤدي إلى انقسام مرضي للكروموسومات. إذا كانت ثنائية القطبية الانقسامية لمغزل الانقسام سمة مميزة للخلايا السليمة، فعند انقسام الخلية السرطانية، يتشكل عدد أكبر من الأقطاب ومغازل الانقسام، وتتلقى كلتا الخليتين الابنتين عددًا مختلفًا من الكروموسومات. كما أن تعدد أقطاب المغزل أثناء الانقسام الخلوي سمة مميزة للخلايا السرطانية.

بدراسة الانقسامات متعددة الأقطاب في خلايا هيلا، توصل علماء الوراثة إلى أن عملية انقسام الخلايا السرطانية برمتها غير صحيحة من حيث المبدأ: فالطور التمهيدي للانقسام أقصر، ويسبق تكوين مغزل الانقسام انقسام الكروموسومات؛ كما يبدأ الطور الاستوائي مبكرًا، ولا تملك الكروموسومات الوقت الكافي لأخذ مكانها، فتتوزع عشوائيًا. حسنًا، عدد الجسيمات المركزية أكبر بمرتين على الأقل من اللازم.

وبالتالي، فإن النمط النووي لخلية هيلا غير مستقر، وقد يختلف اختلافًا كبيرًا بين المختبرات. ونتيجةً لذلك، يستحيل تكرار نتائج العديد من الدراسات - نظرًا لفقدان الهوية الجينية للمادة الخلوية - في ظل ظروف أخرى.

لقد حقق العلم تقدمًا هائلًا في قدرته على التحكم بالعمليات البيولوجية بشكل مُتحكم فيه. وآخر مثال على ذلك هو إنشاء نموذج واقعي لورم سرطاني باستخدام خلايا هيلا باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد، من قِبل مجموعة من الباحثين من الولايات المتحدة والصين.