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在她去世的第二年,人們用她的細胞建起了工廠

1952 年,貧困的黑人煙農海瑞塔·拉克斯(Henrietta Lacks)去世的第二年,人們就用她的細胞建起了世界上第一個細胞生產工廠,開發出第一批小兒麻痹症疫苗,研究病毒和細胞凍存技術……這一切僅僅是海拉細胞傳奇故事的開始。

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本文內容摘自《永生的海拉》一書,已獲出版方授權。

海瑞塔死後不久,海拉工廠就正式進入籌劃階段。這是一項巨大的工程,人們希望這個工廠能達到每周數以萬億計的生產量。目的只有一個:治療小兒麻痹症(又名脊髓灰質炎)。

1951 年底,世界上出現有史以來最嚴重的小兒麻痹疫情。學校紛紛停課,家長們極度恐慌,全民迫切期待疫苗的出現。1952 年2 月,匹茲堡大學的喬納斯·索爾克(Jonas Salk)宣布,他已經研製出世界上第一支小兒麻痹疫苗,可現在仍然無法給孩子們施用,因為必須先進行大規模的實驗,證明疫苗安全有效。可實驗的前提是,他必須能得到大量的體外培養細胞,而這是史無前例的。

早先,富蘭克林·羅斯福(Franklin Delano Roosevelt)總統成立過一個慈善機構——美國小兒麻痹基金會,因為他本人就是患者。這次,該基金會立馬行動起來,開展了驗證小兒麻痹疫苗的規模最大的臨床試驗。索爾克將為 200 萬名兒童進行接種,然後基金會將為他們驗血,看他們是否能對脊髓灰質炎病毒免疫。這意味著他們必須做上百萬次中和抗體實驗,將接種兒童的血清、活性脊髓灰質炎病毒和培養細胞混合在一起。如果疫苗有效,血清就能抵抗病毒的侵襲,保護細胞免受感染。反之,如果病毒感染了細胞,科學家通過顯微鏡看到細胞受損,就能判斷疫苗無效。

問題是,當時用來做中和抗體實驗的都是猴子細胞,取細胞的過程會造成猴子的死亡。現在我們更多地強調動物保護,可那時主要的顧慮是猴子太貴。如果做上百萬次的中和抗體實驗,光買猴子就得花費好幾百萬美元。小兒麻痹基金會吃不消,於是他們開始到處尋找比猴子便宜的細胞,這種細胞還必須能大規模培養。

小兒麻痹基金會找到蓋伊(編者註:喬治·蓋伊,最先獲取並培養海拉細胞的醫生)和其他幾位細胞培養專家,請他們提供幫助。蓋伊意識到這對整個領域來說是絕好的募集資金的機會。基金會發起「為一毛錢奔走」(March of Dimes)活動,每年都能募到 5000 萬美元,它的負責人希望把大部分錢交給細胞培養專家,讓他們專心研究大規模培養細胞的方法,這正是細胞培養專家多年的願望。

時間上也太巧了:小兒麻痹基金會找到蓋伊後不久,蓋伊就遇到了海瑞塔,他發現海瑞塔的細胞和他以前見過的任何細胞都不一樣。

大多數體外培養細胞只能在玻璃表面長成薄薄的一層,而且還會抱團兒,以這種生長方式,它們很快就沒有生長空間了。這麼一來,要增加細胞數量就成了相當費力的一件事,科學家必須不斷把細胞從管壁刮下來,分在不同的試管里,這樣它們才有足夠的生長空間。然而海拉細胞卻是一種相當不挑剔的細胞,甚至無須附著生長,只要把它們扔在液體培養基里,用磁力攪拌機把液體攪起來,細胞就能懸浮生長,這種方法也是蓋伊發明的,叫懸浮培養。也就是說海拉細胞的生長不像其他細胞一樣受到空間的限制,它們能不斷分裂,直到培養基里的養料耗光為止。容器越大,生長的細胞就越多。有了這個前提,就只需要測試海拉細胞是不是能被脊髓灰質炎病毒感染,因為並不是所有細胞都能成為這種病毒的宿主。倘若一切順利,海拉細胞就有望成為測試疫苗的絕佳細胞,無數的猴子細胞也省下了。

1952 年 4 月,蓋伊和小兒麻痹基金會的顧問委員威廉·謝勒(William Scherer)合作,嘗試用脊髓灰質炎病毒感染海拉細胞。謝勒是明尼蘇達大學的博士後,非常年輕。幾天後結果見分曉,他們發現海拉細胞竟然比之前培養的細胞更容易受到脊髓灰質炎病毒感染。當他們意識到這一點的時候,他們明白這正是小兒麻痹基金會一直以來渴望尋找的細胞。

不過,他們也非常清楚,在開始著手大量培養海拉細胞之前,必須找到一種新的運輸方法。蓋伊以前採用的是空運,這對於寄送少量細胞來說沒有任何問題,可要是大批量寄送,運費就先成了一筆巨大的開銷。如果不能把細胞順利寄到需要的人那裡,哪怕能大規模培養也無濟於事。於是,二人開始了新的實驗。

1952 年 5 月 26 日,是美國陣亡將士紀念日。這一天,蓋伊準備了一把試管,裡面裝上海拉細胞和足夠讓細胞活幾天的培養基,然後把這些試管裝在罐子里,縫隙之間再塞上軟木和冰塊,以防細胞過熱。一切包裝就緒,他用打字機打出一份清晰的細胞培養說明書,讓瑪麗拿到郵局,寄給明尼蘇達的謝勒。假日期間巴爾的摩幾乎所有郵局都關門了,瑪麗只好換乘好幾趟車,跑到市中心的總局去。細胞不負眾望,四天後抵達明尼蘇達,謝勒把它們放進培養箱,它們竟然重新開始生長。這是活細胞有史以來第一次被成功通過郵政寄送。

接下來的幾個月,為了驗證不同的郵寄方法,也為了確保將來細胞能在各種各樣的氣候下經受長時間的旅行奔波,蓋伊和謝勒試著把海拉細胞通過飛機、火車、卡車運往全國各地,從明尼阿波利斯到諾威奇、紐約,再回到起點。整個過程只有一支試管里的細胞死掉了。

小兒麻痹基金會得知海拉細胞既能被脊髓灰質炎病毒感染,又能大量繁殖,培養起來還便宜,立刻聯絡謝勒,請他協助在塔斯基吉研究所建立海拉細胞分配中心。塔斯基吉研究所是全國最好的黑人大學之一,基金會之所以選擇這裡,是「黑人事務」主管查爾斯·拜納姆(Charles Bynum)的決定。拜納姆本人是一位科學教師和民權運動家,他還是基金會裡第一位黑人主管。如果細胞分配中心建在塔斯基吉,就能為這裡帶來幾十萬元資金,還能為年輕的黑人科學家提供很多的工作和培訓機會。

短短几個月內,一個由六名黑人科學家和技術員組成的工作小組在塔斯基吉建成了一座前所未見的細胞工廠。牆邊擺滿可以進行蒸汽滅菌的不鏽鋼工業滅菌鍋和好幾排巨大的製作培養液的機械攪拌型培養缸;培養箱、玻璃培養瓶堆在旁邊,還有細胞自動分裝機——這是一個神奇的新玩意兒,當它運轉起來,一根又長又細的金屬臂就會把細胞噴到一個又一個試管里。每周,塔斯基吉的科研團隊都要配置數千升的蓋伊培養液,成分除了鹽類、礦物質,還有血清,血是從學生、軍人和棉農體內取的,這些人看到當地報紙公告,賣血換點錢。

為了保證細胞活性,工廠還設置「質量監督流水線」,質檢工作由幾個技術員擔任,每周在他們的顯微鏡鏡頭下接受檢驗的細胞成千上萬。工廠其他員工則按照嚴格的日程把細胞寄往全國 23 所小兒麻痹研究中心。

塔斯基吉研究所細胞分配中心是世界上第一家細胞生產廠。後來,這裡的科學家和技術員增加到 35 名,在他們的努力下,每周從這裡要生產出兩萬管海拉細胞,如果真要用細胞數表示,就是 6 萬億個。而這所有細胞,都是從蓋伊最初寄給謝勒的那一管細胞繁衍來的,那時距海瑞塔去世沒有多久,蓋伊才剛剛開始試驗寄送細胞的方法。

藉助這些細胞,科學家們終於證明索爾克疫苗是有效的。《紐約時報》隨即刊登了頭條新聞:

塔斯基吉的科學家團隊同小兒麻痹展開鬥爭

黑人科學家團隊在驗證索爾克醫生疫苗的工作中扮演重要角色

海拉細胞被源源不斷地培養

消息還配了圖。畫面上,一些黑人女性探著身子,從顯微鏡里觀察細胞,黑色的手指握著裝海拉細胞的小瓶子。

黑人科學家和技術員——其中有很多女性,用一位黑人婦女的細胞拯救了上百萬美國人的性命——多數是白人。而與此同時,就在同一片校園內,州政府的官員恰恰也在進行另一項實驗,那就是後來臭名昭著的塔斯基吉梅毒研究。

起初,塔斯基吉細胞中心只把海拉細胞提供給做小兒麻痹研究的實驗室。可後來他們發現,以海拉細胞的長勢來看,根本不可能短缺,於是只要科學家願意出十美元外加運輸費,工作人員就把細胞寄給他們。比如,有的科學家想知道細胞如何應對不同環境,有人想看某種化學物質對細胞的作用,還有人想知道細胞怎麼造出不同蛋白,他們都想用海瑞塔的細胞。因為雖然海拉細胞是癌細胞,但許多基本特徵和普通細胞是一樣的,比如要製造蛋白,彼此交流,會分裂併產生能量,進行基因表達並進行基因表達調控,它們還會被各種各樣的病原體感染……正是因為這些特性,海拉細胞成了合成蛋白的最佳工具;人們還藉助培養的海拉細胞研究許多東西,包括細菌、激素、蛋白,尤其是病毒。

病毒通過把遺傳物質注入活細胞來繁殖,更重要的是,它們能給細胞重新編碼,讓細胞不繁殖自己而使勁繁殖病毒。因此,如果科學家想繁殖病毒,海拉細胞就成了最佳選擇,因為它們是惡性腫瘤細胞,生長極度旺盛,產生實驗結果比一般細胞更快,在做很多其他實驗的時候這也是一大優勢。海拉細胞就像個廉價勞動力,吃苦耐勞,而且哪裡都能找到。

海拉細胞的出現也恰逢時機。上世紀 50 年代,科學家對病毒剛有些初步了解,當海瑞塔的細胞出現在全國的實驗室中時,科研人員立馬讓它們和各種病毒「親密接觸」,包括皰疹、麻疹、腮腺炎、禽痘和馬腦炎等,從而看看病毒是怎麼進入細胞,在細胞里繁殖,再在細胞間傳播的。

海瑞塔的細胞促進了病毒學的興起,這只是故事的開始。海瑞塔死後沒過幾年,世界各地的科學家用最初培養的那批海拉細胞做研究,重要成果層出不窮。一些人用海拉細胞開發出凍存細胞的好方法,既不會損傷細胞也不會造成細胞的改變。有了這個技術,人們就可以沿用現成的冷鏈運輸食品和牛精液的方法,在全球範圍更方便地運送細胞。另外,既然可以隨時把細胞凍起來,就意味著科研人員在做不同實驗的間隙可以停下手,先把細胞凍起來,而不用擔心持續培養和細胞污染等問題。這些還不是最激動人心的,令科學家最興奮的,是在做實驗的當間兒可以把細胞暫停在某個生長階段。

凍存細胞就好像按下暫停鍵,細胞分裂、新陳代謝等一切生命活動都暫時中止。之後只要化凍,所有生命活動恢復,好像按下「播放」一樣。有了冷凍技術的幫助,科學家就可以在實驗進行的不同階段把細胞凍住,之後可以同時比較細胞接觸藥物後一周、兩周或六周的反應;或者可以觀察同樣的細胞在不同時間點的狀態,研究它們的衰老過程。另外,他們相信理論上來說,如果把細胞暫停在不同的生長階段,一定能抓住正常細胞轉變成惡性腫瘤細胞的那個瞬間,即「自然轉化」的時刻。

凍存只是第一個例子,之後,海拉細胞極大地推動了組織培養領域的發展。其中最重要的是整個領域的標準化,在此之前細胞培養界可以說是一片混亂。僅僅為了給細胞配培養基,讓它們活著,就要花去大把時間,蓋伊和同事們為此怨聲載道。可更讓人焦慮的是,每個人用的培養基成分、配方、細胞種類和培養技術都不一樣,而且彼此都不知道其他人的方法,這樣,就很難重複別人的實驗,有時候根本就是不可能的。重複實驗是科學研究中一項特別重要的要求,如果別人不能重複你的實驗結果,那你的發現就沒法被人接受。做組織培養的人都在擔心,如果沒有標準化的實驗材料和實驗方法,整個領域將停滯不前。

蓋伊和幾位同事以前就成立了一個委員會,專門研討如何能「簡化和標準化組織培養技術」。他們說服了兩家新興生物供給公司——「微生物聯合公司」(Microbiological Associates)和「迪夫科實驗室」(Difco Laboratories),讓它們製造和銷售現成的培養基原料,還教他們必要的技術。兩家公司很配合,培養基原料已經走入市場,可問題是研究人員仍然需要自己配置培養液,而在這個過程中他們用的配方都不盡相同。

直到後來發生了三件事,標準化才水到渠成:第一,塔斯基吉研究所開始大批量製造海拉細胞;第二,美國國立衛生研究院的哈利·伊格爾(Harry Eagle)用海拉細胞研發了第一種標準培養基,不僅可以批量生產,而且運到後即可使用;最後,蓋伊等人用海拉細胞對實驗器材進行了測試,試出哪種玻璃器皿和試管塞對細胞最無害。

直到這時,萬事俱備,全世界科研人員終於可以用到相同的細胞、相同的培養基和同樣的設備,而且所有這些都可以方便地買到,直接寄送到實驗室來。很快,這些人又用上了第一種克隆的人細胞,多年來的夢想終於實現。

本文內容摘自《永生的海拉》。

《永生的海拉》

作者:[美]麗貝卡·思科魯特

譯者:劉暘

出版社:理想國∣廣西師範大學出版社

她叫海瑞塔?拉克斯(Henrietta Lacks),但科學家們只知道「海拉」(HeLa)。她是美國南方的貧窮煙農,在她的黑奴祖先世代耕種的土地上生活。她患宮頸癌後,腫瘤細胞被醫生取走,並成為醫學史上首例經體外培養而「永生不死」的細胞,解開了癌症、病毒、核輻射如何影響人體的奧秘,促成了體外受精、克隆技術、基因圖譜等無數醫學突破,涉及幾乎所有醫學研究領域,並貢獻多個諾貝爾獎。她的細胞是無價之寶,但是她的家人卻毫不知情地生活在貧困中,海瑞塔·拉克斯的名字也無人知曉。

美國作家麗貝卡?思科魯特耗時十年挖掘這段跨越近一個世紀的精彩歷史,記述拉克斯一家如何用一生的時間來接受海拉細胞的存在,以及這些細胞永生的科學原理,揭開人體實驗的黑暗過去,探討醫學倫理和身體組織所有權的法律問題,以及其中的種族和信仰問題。

作者:麗貝卡·思科魯特

Rebecca Skloot

美國科學作家,曾任美國國家公共電台(NPR)《電台實驗室》節目和美國公共廣播公司(PBS)《科學新星》節目記者,《大眾科學》雜誌特約編輯。她先後獲得生物學學士學位和非虛構創造性寫作碩士學位,曾任美國國家圖書評論協會(National Book Critics Circle)副主席,在孟菲斯大學、匹茲堡大學、紐約大學等校教授寫作課程。《永生的海拉》是她的處女作,出版後旋即登上《紐約時報》和亞馬遜暢銷榜第一名。

譯者:劉暘(桔子)

畢業於北京大學,後於芝加哥大學取得分子、遺傳及細胞生物學博士學位,科學寫作者、記者,科學松鼠會成員,果殼網COO助理。與他人合著出版《當彩色的聲音嘗起來是甜的》、《一百種尾巴或一千張葉子》、《冷浪漫》等作品,另有譯作《共情時代》等。

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