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HeLa ( / ˈ h iː l ɑː / ) は、科学研究で使用される不死化細胞株です。これは最も古いヒト細胞株であり、最も一般的に使用されている細胞株の 1 つです。[ 1 ] [ 2 ] HeLa 細胞は耐久性があり増殖力も高いため、科学研究で幅広く応用されています。[ 3 ] [ 4 ]この細胞株は、1951 年 2 月 8 日に採取された子宮頸がん細胞から派生したもので、この細胞株は、当時 31 歳だったアフリカ系アメリカ人女性、ヘンリエッタ・ラックスにちなんで名付けられました。 [ 5 ]ラックスは 1951 年 10 月 4 日にがんで亡くなりました。[ 6 ]
ラックスの癌性子宮頸部腫瘍から採取された細胞は、彼女の知らないうちに採取されたもので、当時アメリカでは一般的な慣行であった。[ 7 ]細胞生物学者のジョージ・オットー・ゲイは、それらの細胞を生かしておくことができることを発見し、[ 8 ]細胞株を開発した。それまで、他のヒト細胞から培養された細胞は数日しか生存しなかったが、ラックスの腫瘍の細胞は異なる挙動を示した。
1951年、ヘンリエッタ・ラックスは不正性器出血の症状でジョンズ・ホプキンス病院に入院し、その後子宮頸がんの治療を受けた。 [ 9 ]当初は表皮癌（扁平上皮癌）と診断された彼女の原発腫瘍は、後に子宮頸部腺癌に再分類された。[ 9 ]彼女の最初の治療はローレンス・ウォートン・ジュニアによって行われ、当時彼は彼女の同意なしに子宮頸部から組織サンプルを採取した。 [ 10 ]彼女の子宮頸部生検は、組織培養研究所の所長であるジョージ・オットー・ゲイによる臨床評価と研究のための組織サンプルを提供した。ゲイの研究助手メアリー・クビチェクはローラーチューブ法を用いて細胞を培養した。[ 9 ]細胞は以前の検体とは異なり、20～24時間ごとに倍増して旺盛に増殖することが観察された。[ 11 ]
細胞は、ラックスが1951年に癌で亡くなる直前にゲイによって増殖された。これは、試験管内で成功した最初のヒト細胞株であり、医学研究に将来大きな恩恵をもたらす科学的成果であった。ゲイは、科学の利益のためだけに、これらの細胞と、彼の研究室で開発されたツールやプロセスを、希望する科学者に無償で提供した。ラックスも彼女の家族も、細胞の採取を許可していなかった。[ 12 ]細胞は後に商業化されたが、元の形では特許を取得していなかった。当時、廃棄された材料や手術、診断、治療中に得られた材料は医師または医療機関の所有物とみなされていたため、患者やその親族にそのような事項を知らせる義務はなかった。[ 13 ]
ゲイの研究助手にとって慣例であったように、培養株はヘンリエッタ・ラックスの名と姓の最初の2文字、He + La にちなんで名付けられた。[ 9 ] 1973年にネイチャー誌に掲載された問い合わせで彼女の本名が判明するまで、「HeLa」細胞株は誤って「ヘレン・レーン」または「ヘレン・ラーソン」に帰属されていた。[ 4 ] [ 14 ]この曖昧さの起源は不明である。[ 15 ]
1973年、ジョンズ・ホプキンス大学のスタッフは、HeLa細胞が空気中を移動して他の細胞培養を容易に汚染する可能性があることを発見した。ジョンズ・ホプキンス大学のスタッフがこれに気づいたとき、スタッフ医師がラックス一家に連絡を取り、HeLa細胞以外の培養のうちどれがHeLa細胞に汚染されているかを特定するためにDNAサンプルを求めた。一家は訪問の目的を理解していなかったが、研究者から伝えられた内容に動揺した。[ 14 ] [ 16 ]これらの細胞は、ラックスさんの癌の診断の一環として子宮頸部の目に見える病変から採取された生検に由来するため、癌細胞として扱われている。[ 17 ]
HeLa細胞は、他の細胞株と同様に、基本的な細胞生存条件（適切な環境で維持され、維持されること）が満たされている限り、実験室の細胞培養プレートで無制限に分裂できるため、「不死」細胞と呼ばれています。HeLa細胞には多くの株がありますが、これは細胞培養中に分裂して突然変異を起こすためです。しかし、すべてのHeLa細胞は、ラックスから採取された同じ腫瘍細胞の子孫です。細胞培養で増殖されたHeLa細胞の総数は、ヘンリエッタ・ラックスの体内にあった細胞の総数をはるかに上回ります。[ 18 ]
ラックスさんのケースは、20世紀の医療におけるインフォームド・コンセントの欠如を示す多くの例の一つです。組織提供者と医師の間のコミュニケーションは事実上存在せず、患者の同意なしに細胞が採取され、患者は細胞が何に使用されるのか知らされませんでした。ラックスさんが治療を受け、組織が採取されたジョンズ・ホプキンス病院は、ボルチモア地域でアフリカ系アメリカ人の患者が無料で治療を受けられる唯一の病院でした。この隔離された病院の一部門から無料で治療を受けた患者は、しばしば知らぬ間に研究対象となりました。[ 19 ]ラックスさんの家族も、彼女の患者ファイルにアクセスできず、誰がHeLa細胞を受け取るか、何に使用されるかについて発言権がありませんでした。さらに、HeLa細胞が科学界全体で普及し、より頻繁に使用されるようになったにもかかわらず、ラックスさんの親族は金銭的な利益を得ることはなく、限られた医療アクセスの中で生活し続けました。[ 20 ] [ 14 ]
研究のために採取された組織サンプルの所有権は誰にあるのかというこの問題は、1990年のカリフォルニア州最高裁判所のムーア対カリフォルニア大学理事会事件で提起されました。裁判所は、人が廃棄した組織や細胞はその人の所有物ではなく、商業化できると判決を下しました。[ 21 ]
ラックス事件は、1991年の共通ルールの制定に影響を与えた。共通ルールは、医師が患者の症例の詳細を研究に使用する予定がある場合は患者に知らせ、詳細を開示するかどうかを選択させることで、インフォームド・コンセントを強制する。ドナーの名前に関連付けられた組織もこのルールの下で厳しく規制されており、サンプルはもはやドナーのイニシャルではなく、コード番号で命名されている。[ 21 ]患者のプライバシーの問題をさらに解決するために、ジョンズ・ホプキンス大学は、ヘンリエッタ・ラックスのゲノムへのアクセス権を誰が持つかを決定するために、NIHとラックスの家族数名との合同委員会を設立した。[ 22 ]
2021年、ヘンリエッタ・ラックスの遺族は、サーモフィッシャーサイエンティフィックによるHeLa細胞の無許可かつ広く知られた販売の疑いについて、過去および将来の支払いを求めて訴訟を起こした。[ 23 ]ラックス一家は、HeLa細胞を使用し利益を得た100社以上の製薬会社から賠償を求めるため弁護士を雇った。[ 24 ]サーモフィッシャーサイエンティフィックとの訴訟は、2023年8月に和解が発表されたが、条件は非公開だった。[ 25 ] HeLa細胞を使用して数百件の特許を開発したノバルティスは、2026年に和解した。2026年3月現在 ウルトラジェニックスとビアトリスに対する訴訟はまだ係争中である。[ 26 ]
HeLa細胞は、1955年にコロラド大学デンバー校のセオドア・パックとフィリップ・I・マーカスによってクローン化に成功した最初のヒト細胞である。[ 27 ]それ以来、HeLa細胞は「癌、エイズ、放射線や毒性物質の影響、遺伝子マッピング、その他無数の科学的探求の研究に継続的に使用されてきた」。[ 28 ]著者レベッカ・スクルートによると、2009年までに「HeLa細胞に関する研究について6万件以上の科学論文が発表されており、その数は毎月300件以上のペースで着実に増加している」。[ 21 ]
HeLa細胞の多くの異なるサブ系統はそれぞれ独自の特性を発達させており、同じ実験でも異なる結果をもたらす可能性があります。そのため、研究者は使用する系統とバッチを具体的に指定する必要があります。[ 29 ] [ 30 ]
HeLa細胞は、1950年代にジョナス・ソークが最初のポリオワクチンを試験するために使用されました。HeLa細胞はポリオウイルスに容易に感染し、感染した細胞が死滅することが観察されました。[ 5 ]このことから、結果が容易に得られるため、HeLa細胞はポリオワクチンの試験に非常に望ましいものとなりました。ソークのポリオワクチンの試験には大量のHeLa細胞が必要であったため、国立小児麻痺財団（NFIP）はHeLa細胞を大量生産できる施設を探すことになりました。[ 31 ] 1953年の春、タスキーギ大学に細胞培養工場が設立され、ソークや他の研究所にHeLa細胞を供給しました。[ 32 ] 1年も経たないうちに、ソークのワクチンはヒト臨床試験の準備が整いました。[ 33 ]
HeLa細胞は、パルボウイルスがヒト、イヌ、ネコの細胞に感染する仕組みを調べるために使用されてきました。 [ 34 ]これらの細胞は、オロポウシュウイルス（OROV）などのウイルスの研究にも使用されています。OROVは培養細胞に破壊を引き起こし、細胞は感染後すぐに変性し始め、ウイルスによるアポトーシスの誘導を引き起こします。[ 35 ] HeLa細胞は、パピローマウイルスE2の発現とアポトーシスの研究に使用されてきました。[ 36 ] HeLa細胞は、イヌジステンパーウイルスが癌細胞株にアポトーシスを誘導する能力の研究にも使用されており、[ 37 ]これは放射線療法や化学療法に抵抗性のある腫瘍細胞の治療法の開発において重要な役割を果たす可能性があります。[ 37 ]
長年にわたり、HeLa細胞はHIV、ジカウイルス、おたふく風邪ウイルス、ヘルペスウイルスなど、さまざまな種類のウイルスに感染させられ、新しいワクチンや薬の試験と開発が行われてきました。リチャード・アクセル博士は、HeLa細胞にCD4タンパク質を加えることでHIVに感染させることが可能になり、ウイルスの研究が可能になることを発見しました。[ 38 ] [ 39 ] 1979年、科学者たちは麻疹ウイルスがHeLa細胞に感染すると絶えず変異することを発見し、[ 40 ] 2019年にはジカウイルスがHeLa細胞内では増殖できないことを発見しました。[ 41 ]
HeLa細胞は、ヒトパピローマウイルス感染が子宮頸がんの前駆病変であることの認識にも重要な役割を果たしました。1980年代、ハラルド・ツア・ハウゼンはHeLa細胞にHPV-18が含まれていることを発見しました[ 42 ]。これは後に、彼女を死に至らしめた悪性腫瘍の原因であることが判明しました。HPVと子宮頸がんを結びつけた彼の研究はノーベル賞を受賞しました。この発見により、子宮頸がんを発症するリスクが高い人を特定するためのHPV検査の使用と、がんを引き起こす感染を予防するためのHPVワクチンの開発につながりました[ 43 ] 。ワクチンを接種した集団では、子宮頸がんの発生率が一貫して大幅に低下しており、17歳未満でワクチンを接種した人では90%減少しています[ 44 ] 。低・中所得国では、HPVワクチン接種者1,000人あたり11.24人の死亡が予防されており、これは分析されたすべてのワクチンの中で最も高い値です[ 45 ]。
HeLa細胞は、エストラジオールやその他のエストロゲンなどの性ステロイドホルモンやエストロゲン受容体、および癌抑制特性を持つケルセチンなどのエストロゲン様化合物を含む、数多くの癌研究に使用されてきました。[ 46 ]また、HeLa細胞を用いた研究では、フラボノイドや抗酸化物質とエストラジオールが癌細胞の増殖に及ぼす影響についても検討されています。
2012年、HeLa細胞は、現在、医療診断、 PDTによる癌患者の個別化治療、他の薬剤との併用、および放射線照射における独自の用途が研究されている新規ヘプタメチン色素IR-808およびその他の類似体の試験に使用されました。[ 47 ] [ 48 ] HeLa細胞は、光線力学療法の一部としてアポトーシスを誘導するためのフラーレンを含む研究、および細胞株を使用したin vitro癌研究に使用されています。 [ 49 ] HeLa細胞は、RNA中の癌マーカーを定義するためにも使用され、特定の癌細胞のRNAiベースの識別システムおよび干渉を確立するためにも使用されています。[ 50 ]
2014年には、HeLa細胞がC57BL/6ヌードマウスの腫瘍異種移植に有効な細胞株であることが示され[ 51 ]、その後、フルオキセチンとシスプラチンの子宮頸がんに対する生体内効果を調べるために使用されました。
1965年、ヘンリー・ハリスとジョン・ワトキンスは、HeLa細胞とマウスのエーリッヒ腹水腫瘍細胞を融合させることで、最初のヒトと動物のハイブリッドを作成した。[ 52 ]これにより、遺伝子を特定の染色体にマッピングする技術が進歩し、最終的にはヒトゲノム計画につながった。[ 43 ]
1960年代、HeLa細胞は、宇宙旅行が生物の細胞や組織に及ぼす長期的な影響を調べるための初期の衛星ミッションの1つに送られました。科学者たちは、HeLa細胞が無重力状態でより速く分裂することを発見しました。[ 53 ]
HeLa細胞株は、がん研究のために開発された。これらの細胞は、他のがん細胞と比較しても異常に急速に増殖する。他の多くのがん細胞と同様に、[ 54 ] HeLa細胞は細胞分裂中に活性型のテロメラーゼを持ち、 [ 55 ]テロメアを何度も複製する。これにより、老化や最終的な細胞死に関与するテロメアの漸進的な短縮が防止される。このようにして、細胞はヘイフリック限界（ほとんどの正常細胞が老化する前に経験できる細胞分裂の回数の制限）を回避する。その結果、無制限の細胞分裂と不死が実現する。
ヒトパピローマウイルス 18型（HPV18）からヒト子宮頸部細胞への水平遺伝子伝達によりHeLaゲノムが作られ、染色体数など様々な点でヘンリエッタ・ラックスのゲノムとは異なっている。がん細胞は急速に分裂し、多くの染色体変異を持つ傾向があり、HeLaも例外ではない。大まかに言うと、HeLa核型は合計76 ～ 80本の染色体（通常の三倍体数69本より多いため「過剰三倍体」と呼ばれる）を含み、そのうち22～25本は異常マーカー染色体（「HeLaシグネチャー染色体」と呼ばれることもある）である。通常のヒト核型とは大きく異なるにもかかわらず、HeLaゲノムは細胞培養されて以来、この核型をほぼ維持している。これは、これらの異常が進行した子宮頸癌の特徴であり、おそらく原発腫瘍にも存在していたことを示唆している。[ 56 ] [ 57 ]
1999年の研究では、スペクトル核型分析、FISH、および従来の細胞遺伝学的技術を組み合わせて、2つのサブクローン由来の6つのHeLa CCL-2細胞の核型を「包括的かつ決定的に」特徴付けました。ほとんどの正常染色体は2コピーで存在しますが、かなりの数が3コピーで存在し、さらに少数の染色体は0コピーまたは4コピーで存在します。細胞とサブクローン間で数が異なり、核型が完全に安定していないことを示しています。すべてのマーカー染色体の同一性も、可能な限りバンドレベルまで解明されました。マーカー染色体の存在と数にもばらつきがあります。[ 56 ]この研究では、多くの共通する異常が関与しているため、結果を表の形式で示しました。国際ヒト細胞ゲノム命名システム核型表記法を使用して記述すると、細胞「A1」は次のように記述されます。[ 56 ]：表1
76<2n>,XX,+1,-3,-4,+6,+8,+10,+13,+14,+16,+17,+17,+21,+der(1)t(1;3)(q11;q11) ,+der(1;9)(p10;q10),+dup(2)(q?q?),+der(3;5)(p10;q10),+der(3;20)(q10;q?10),+ der(5)t(5;22;8)(q11;q11q13;?) ,+i(5)(p10),+i(5)(p10),+i(5)(p10),+der(7)t(7;19)(q35;?),+der(16)t(7;16)(p21?;p11),+der(9)t(3;9)(p21;p11),+der(11)t(9;11;9)(?;p14?q22?;?)dup(11)(p?)dup(11)(q?),+der(12)t(3;12)(q21;q15),+i(15)(q10),+der(19)t(13;19)(q21;p13),+i(20)(q10),+ der(22)t(8;22)(?;q13)、+der(5;9)(p10;p10)、+i(9)(p10)
「der」（派生染色体）表記が示すように、特徴的な染色体のほとんどは複数の元の染色体から派生したものです。HPVは8q24と、染色体8のこの部分を含む2つのマーカー染色体（上記で下線が引かれているder(5)とder(22)）に組み込まれていることがわかりました。[ 56 ]
2013年のゲノムシーケンスプロジェクト（HeLa CCL-2用）では、染色体異常を単一ヌクレオチドレベルまで解析することが可能になった。また、各染色体の2つのハプロタイプを解明することにも成功したため、科学者は染色体のコピー数だけでなく、各親からのコピー数も把握できるようになった。これは染色体の一部にも当てはまる。例えば、HPV18は片方の親から受け継いだ染色体8のバージョンにのみ組み込まれており、HPV-18ゲノムの3分の2しか存在していなかったことが判明した。[ 58 ] 2013年の別のゲノムシーケンスプロジェクトでは、異なるHeLa Kyoto系統が対象となった。このプロジェクトではハプロタイプは解明されなかったが、代わりにトランスクリプトームが解析された。[ 59 ]
HeLa細胞の京都株の完全なゲノムとトランスクリプトームは、ラックス一家の許可なく、2013年3月11日に配列決定され、発表された。 [ 59 ] [ 60][61 ]一家から懸念が表明されたため、著者らは自主的に配列データへのアクセスを保留した。[ 61 ]ジェイ・シェンドゥア はワシントン大学でHeLa（CCL-2株）の配列決定プロジェクトを主導し、その結果、 2013年3月に論文が受理された が、ラックス一家のプライバシーに関する懸念が解消されるまで保留された。[ 62 ] 2013年8月7日、NIH長官フランシス・コリンズは、ラックス一家との3回の会合を経て合意に達したことに基づき、細胞株ゲノムへのアクセスを制限する方針を発表した。[ 63 ]データアクセス委員会は、研究が医学研究のためであり、利用者が HeLa ゲノムデータ使用契約の条項を遵守するという基準に基づいて、研究者からのゲノム配列へのアクセス要求を審査します。この契約には、NIH から資金提供を受けたすべての研究者が、将来の共有のためにデータを単一のデータベースに預けることが含まれています。委員会は 、医学、科学、生命倫理分野の代表者と、 ラックス家の 2 人のメンバーを含む 6 人のメンバーで構成されています。[ 63 ]インタビューで、コリンズは、ラックス家が自分たちに押し付けられた状況に参加する意思を示したことを称賛しました。彼は、彼らとの経験全体を「力強い」と表現し、それが「科学、科学史、倫理的懸念」を独自の方法で結びつけたと述べました。[ 64 ]シェンドゥアのハプロタイプが解明されたゲノムとエピゲノムは、2013 年 8 月に公開されました。[ 58 ] [ 65 ]
核型、マイクロアレイ、ゲノム、エピゲノム、トランスクリプトームのデータにより、研究者は世界中の研究所に保存されている多数の HeLa 株間の差異の規模と影響を理解することができた。[ 29 ] [ 30 ]
HeLa細胞は、組織培養プレートでの増殖に適応し、他の細胞株に侵入して競合するため、制御が難しい場合があります。不適切な維持により、同じ研究室の他の細胞培養を汚染し、生物学的研究を妨害し、研究者が多くの結果を無効と宣言せざるを得なくなることが知られています。他の細胞タイプにおけるHeLa細胞の汚染の程度は、確立された細胞株の同一性や純度を検査する研究者が少ないため、不明です。in vitro細胞株のかなりの割合がHeLa細胞に汚染されていることが示されており、推定値は10%から20%です。この観察は、どの細胞株もある程度の汚染を受けやすい可能性があることを示唆しています。スタンレー・ガートラー（1967）とウォルター・ネルソン・リース（1975）は、さまざまな細胞株のHeLa細胞による汚染について最初に発表しました。[ 31 ]ガートラーは、「細胞培養技術の継続的な拡大により、種間および種内の汚染の両方が発生することはほぼ確実である」と述べています。[ 9 ]
HeLa細胞の汚染は世界的に蔓延する問題となり、ジョナス・ソークを はじめとする多くの著名な医師、科学者、研究者の研究室にも影響を与えている。HeLa汚染問題は冷戦の緊張を高める一因にもなった。ソ連と米国はリチャード・ニクソン大統領が開始した癌との戦いで協力し始めたが、交換された細胞がHeLaに汚染されていることが判明した。[ 66 ]
HeLa細胞の汚染問題の解決方法に焦点を当てるのではなく、多くの科学者や科学ライターは、この問題を単なる汚染問題として記録し続けています 。これは、人為的ミスや欠陥によるものではなく、HeLa細胞の強靭さ、増殖力、あるいは圧倒的な性質によるものです。[ 67 ]最近のデータは、交差汚染が現代の細胞培養において依然として大きな問題であることを示唆しています。[ 3 ] [ 68 ]国際細胞株認証委員会（ICLAC）は、細胞株の誤認の多くの事例は、別の、より増殖の速い細胞株による培養の交差汚染の結果であると指摘しています。これは、汚染された細胞株を使用して行われた研究の妥当性に疑問を投げかけます。なぜなら、汚染物質の特定の属性（全く異なる種や組織に由来する可能性がある）が、調査対象の細胞株に誤って帰属される可能性があるからです。[ 69 ]
HeLa細胞培養はマイコプラズマに汚染される可能性がある。この属の細菌のいくつかの種はHeLa細胞に入り込み、寄生生活様式をとることができる。感染は明らかな大量死を引き起こすことはないが、実験結果に大きな変化をもたらす。[ 70 ] [ 71 ]
HeLa細胞は、進化生物学者のリー・ヴァン・ヴァレンによって、無限に複製する能力とヒト以外の染色体数を持つことから、現代における新種の創造の例として記述され、 Helacyton gartleriと名付けられた。この種は、遺伝学者のスタンリー・M・ガートラーにちなんで名付けられ、ヴァン・ヴァレンはガートラーが「この種の驚くべき成功」（他の多くの細胞株を汚染したという意味で）を発見したと評価している。[ 72 ]種分化に関する彼の議論は、以下の点に基づいている。
ヴァン・ ヴァレンは、新科 Helacytidae と属Helacytonを提唱し、同じ論文で HeLa 細胞を新種として提唱した。[ 72 ]しかし、この提唱は他の著名な進化生物学者や他の分野の科学者によって真剣に受け止められなかった。HeLa 細胞が新種であるというヴァン・ヴァレンの主張は、HeLa 細胞の核型の不安定性と厳密な祖先-子孫系統の欠如のため、独立した単細胞無性生殖種の基準を満たしていない。[ 73 ]
Duesbergら(2011) は、癌細胞株、種分化、および核型のトピックを再検討しています。彼らは、細胞株の核型は「安定した範囲内」の柔軟性を持ち、自律的に複製する能力に対する選択によって重度の異数性が排除されると主張しています。癌が確立された後には大きな再編成はまれになりますが、小さなコピー数の変化は集団に多様性をもたらし続け、コピー数は通常± 1 で変動します。通常の HeLa とピューロマイシン耐性のために選択された系統との間の核型の違いは、± 1 の変動の例です。 [ 74 ]
