เซลล์ HepG2 - แหล่งข้อมูลสำหรับการวิจัยมะเร็งตับ

Hep-G2 เป็นสายพันธุ์เซลล์มะเร็งตับของมนุษย์ที่มีต้นกำเนิดจากเนื้อเยื่อตับของชายชาวคอเคเชียนอายุ 15 ปีที่เป็นมะเร็งตับชนิด hepatocellular carcinoma เซลล์เหล่านี้ถูกนำมาใช้บ่อยในการศึกษาการเผาผลาญยาและพิษต่อตับ แม้ว่าเซลล์ HepG2 จะมีอัตราการเพิ่มจำนวนสูงและมีลักษณะคล้ายเซลล์เยื่อบุผิว แต่เซลล์เหล่านี้ไม่ก่อให้เกิดเนื้องอกและสามารถทำหน้าที่ต่าง ๆ ของตับที่แตกต่างได้ ในปี 1975 นักวิจัยได้สกัดเซลล์ HepG2 จากมะเร็งตับ ทำให้เป็นสายพันธุ์เซลล์ตับแรกที่แสดงลักษณะสำคัญของเซลล์ตับ เมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์ไลน์ SK-Hep1 ที่ได้ถูกจัดตั้งไว้ก่อนหน้านี้ ซึ่งไม่มีตัวบ่งชี้เซลล์ตับที่จำเป็น เซลล์ HepG2 สามารถหลั่งโปรตีนในพลาสมาได้หลากหลายชนิด และเป็นแบบจำลองที่มีคุณค่าสำหรับการศึกษาพลวัตภายในเซลล์ของโดเมนผิวเซลล์ในเซลล์ตับของมนุษย์ เซลล์เหล่านี้มีลักษณะทางสัณฐานวิทยาคล้ายเยื่อบุผิว มีจำนวนโครโมโซมแบบโมดอล 55 ตัว และสามารถถูกกระตุ้นด้วยฮอร์โมนเจริญเติบโตของมนุษย์ได้

ภาพเคลื่อนไหวทางการแพทย์แบบ 3 มิติของเนื้องอกร้ายในตับของผู้ชาย

ลักษณะของเซลล์ HepG2

เซลล์ตับปฐมภูมิมีรูปร่างเป็นลูกบาศก์และมีนิวเคลียสสองนิวเคลียสโดยปกติ ในทางตรงกันข้าม เซลล์ HepG2 มีลักษณะคล้ายเซลล์เยื่อบุผิว มีนิวเคลียสเดียว และมีจำนวนโครโมโซมตั้งแต่ 48 ถึง 54 ต่อเซลล์ แม้ว่าเซลล์ HepG2 จะสามารถคิดเป็นโปรตีนทั้งหมดของเซลล์ได้ถึง 25% แต่ขนาดของเซลล์ HepG2 จะใหญ่กว่าเซลล์ตับปกติ ทำให้โปรตีนของเซลล์ HepG2 คิดเป็นประมาณ 10% ของโปรตีนทั้งหมดในเซลล์ โปรตีนในเซลล์เป็นผู้เล่นที่สำคัญภายในเซลล์ ทำหน้าที่ตามที่ระบุโดยยีน

เซลล์เนื้องอก รวมถึงเซลล์ที่มีจำนวนโครโมโซมผิดปกติ มักแสดงการเพิ่มขึ้นของจำนวนนิวเคลียสได้ถึงเจ็ดนิวเคลียสต่อเซลล์หนึ่งเซลล์ เนื่องจากเซลล์ HepG2 มีการแยกแยะในระดับสูงในหลอดทดลอง จึงเป็นแบบจำลองที่เหมาะสมสำหรับการศึกษาการขนส่งภายในเซลล์และการเคลื่อนไหวของโปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์ของท่อทางเดินน้ำดีและเยื่อหุ้มเซลล์ของหลอดเลือดฝอย รวมถึงไขมันในเซลล์ตับของมนุษย์

เส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยของเซลล์ HepG2 อยู่ที่ประมาณ 10-20 ไมโครเมตร ซึ่งเล็กกว่าเซลล์ตับที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 15 ไมโครเมตร แต่มีขนาดใกล้เคียงกับเซลล์มะเร็งตับชนิด Hepatoblastoma (HB) ที่มีขนาดอยู่ระหว่าง 10-20 ไมโครเมตร

พันธุกรรมของ HepG2

เซลล์ไลน์ Hep-G2 แสดงให้เห็นการเคลื่อนย้ายตำแหน่งของยีนหลายตำแหน่ง รวมถึงการเคลื่อนย้ายระหว่างแขนสั้นของโครโมโซม 1 และ 21, การมีโครโมโซม 2, 16 และ 17 สามชุด และการมีโครโมโซม 20 สี่ชุด การสูญเสียบริเวณโครโมโซม 4q3 ก็พบได้เช่นกัน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนย้าย t(1;4) ที่มักพบใน Hepatoblastoma (HB) และความผิดปกติของโครโมโซมอื่น ๆ เช่น trisomies 2 และ 20 จำนวนโครโมโซมในเซลล์ HepG2 มีช่วงตั้งแต่ 50 ถึง 60 แสดงถึงลักษณะโครโมโซมแบบไฮเปอร์ไดพลอยด์ ในขณะที่บางกรณีพบว่ามีโครโมโซมมากกว่า 100 ตัวและมีลักษณะเด่นคือเซลล์ขยายขนาดแบบเตตระพลอยด์ เซลล์ HepG2 มีดีเอ็นเอประมาณ 7.5 พิโคกรัม ซึ่งมากกว่าเซลล์ร่างกายทั่วไปประมาณ 15% เมื่อเปรียบเทียบกัน เซลล์ตับปฐมภูมิมีรูปร่างเป็นลูกบาศก์และโดยทั่วไปมีนิวเคลียสสองนิวเคลียส [1]

โปรไฟล์การกลายพันธุ์ของเซลล์ HepG2

สายพันธุ์เซลล์ HepG2 มีการกลายพันธุ์ของบริเวณโปรโมเตอร์ TERT C228T ซึ่งพบในมะเร็งตับชนิดเซลล์ตับ (HCC) และมะเร็งตับชนิดเริ่มต้น (HB) ด้วยเช่นกัน การกลายพันธุ์นี้มีส่วนช่วยในการทำให้เซลล์มีชีวิตนิรันดร์โดยการปกป้องเทโลเมียร์ในเซลล์มะเร็ง นอกจากนี้ เซลล์ HepG2 ยังแสดง TP53 แบบปกติ ซึ่งเป็นยีนสำคัญในการยับยั้งมะเร็งในมนุษย์ เนื่องจากมีบทบาทในการหยุดวงจรชีวิตของเซลล์ การตายของเซลล์แบบอะพอพโทซิส และการแก่ชรา การกลายพันธุ์ในยีนนี้สามารถส่งเสริมการเพิ่มจำนวนของเซลล์ได้

เซลล์ HepG2 มีส่วนร่วมในหลายเส้นทาง รวมถึงการควบคุมการเจริญเติบโตของเซลล์ผิดปกติ เส้นทางความอยู่รอด เช่น HB ในทารกและตัวอ่อน และเส้นทาง Wnt/β-catenin นอกจากนี้ สายพันธุ์เซลล์มีการลบที่ลักษณะเฉพาะของเอ็กซอนที่สามของยีน CTNNB1 ซึ่งเหมือนกับที่พบในชนิด HB แบบเยื่อบุผิว [2,3]

เซลล์ HepG2 ที่กำลังเติบโตในเกาะที่ขยาย 20 เท่าและ 10 เท่า

ภาพรวมของเซลล์มะเร็งตับชนิดเซลล์ตับ HepG2 ในการวิจัยตับ

เซลล์ HepG2 ซึ่งมีต้นกำเนิดจากมะเร็งตับของมนุษย์ ได้กลายเป็นเครื่องมือที่มีคุณค่าอย่างยิ่งในการวิจัยหน้าที่ของตับและโรคต่าง ๆ รวมถึงมะเร็งตับชนิดเซลล์ตับ (hepatocellular carcinoma) สายพันธุ์เซลล์ตับเหล่านี้ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการตอบสนองของเซลล์ตับมนุษย์ภายใต้เงื่อนไขการทดลองที่หลากหลาย การใช้พลาสมิดรายงานลูซิเฟอเรสในเซลล์ HepG2 มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษในการติดตามการแสดงออกของยีนและการถ่ายโอนยีนในเซลล์ ซึ่งเป็นพื้นฐานสำคัญในการวิจัยด้านเมตาบอลิซึม เช่น การศึกษาผลกระทบของเอทานอลต่อเซลล์ตับ

การศึกษาการติดเชื้อไวรัสและโรคตับโดยใช้เซลล์ HepG2

เซลล์ไลน์มะเร็งตับที่คงสภาพอยู่ได้เช่น HepG2 และ Huh7 มีความสำคัญอย่างยิ่งในการศึกษาการติดเชื้อไวรัส โดยแสดงให้เห็นการจำลองวงจรเซลล์อย่างสมบูรณ์ของไวรัสตับอักเสบชนิดดี (HDV) และการแสดงออกของไวรัสตับอักเสบชนิดบี (HBV) [5,6] ในขณะเดียวกัน, สายพันธุ์เซลล์ HepaRG มีบทบาทสำคัญในการอธิบายกลไกการเข้าสู่เซลล์ของ HBV [7]. เซลล์ HepG2 ยังถูกนำมาใช้ในการศึกษาโรคตับในมนุษย์หลากหลายชนิด ตั้งแต่ภาวะทางพันธุกรรม เช่น ภาวะตับบวมน้ำในครอบครัวแบบก้าวหน้า (Progressive Familial Intrahepatic Cholestasis: PFIC) และกลุ่มอาการ Dubin-Johnson ไปจนถึงการศึกษาด้านสิ่งแวดล้อมและอาหารที่เกี่ยวข้องกับสารก่อพิษต่อเซลล์และสารก่อกลายพันธุ์ รวมถึงการวิจัยด้านการกำหนดเป้าหมายยาและการเกิดมะเร็งตับ [8,9] การใช้งานของพวกเขาขยายไปถึงการทดลองกับอุปกรณ์ตับเทียมชีวภาพ

ปฏิสัมพันธ์ของเซลล์ HepG2 กับวัสดุชีวภาพในวิศวกรรมเนื้อเยื่อ

การปฏิสัมพันธ์ของเซลล์ HepG2 กับวัสดุชีวภาพต่าง ๆ มีความสำคัญอย่างยิ่งในวิศวกรรมเนื้อเยื่อ เทคนิคต่าง ๆ เช่น เทคนิคโคลอยด์โพรบ ช่วยในการทำความเข้าใจปฏิสัมพันธ์เหล่านี้โดยการวัดคุณสมบัติการยึดเกาะของเซลล์ ซึ่งมีความสำคัญในการกำหนดความมีชีวิตของเซลล์สำหรับการพัฒนาโครงสร้างรองรับและแบบจำลองเนื้อเยื่อตับที่แม่นยำ

พฤติกรรมของเซลล์และนวัตกรรมในแบบจำลองที่ใช้เซลล์ HepG2

การศึกษาพฤติกรรมของเซลล์ในแบบจำลองที่ใช้ HepG2 เป็นพื้นฐานมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการวิจัยโรคตับ ความก้าวหน้าในการเพาะเลี้ยงเซลล์แบบทรงกลมสามมิติได้นำไปสู่การสร้างก้อนเซลล์ HepG2 ซึ่งมอบแบบจำลองที่มีความเกี่ยวข้องทางสรีรวิทยามากขึ้นและใกล้เคียงกับเซลล์ตับปกติ โมเดล 3 มิติเหล่านี้ซึ่งมีกิจกรรมเมตาบอลิซึมที่เพิ่มขึ้น แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการใช้เซลล์ HepG2 เป็นแบบจำลองสำหรับมะเร็งตับในเด็ก (hepatoblastoma) และมีความสำคัญในการวิจัยการรักษามะเร็ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการจำลองเนื้องอกตับและการทดสอบแนวทางการรักษาใหม่ ๆ [10-12]

การเปรียบเทียบและลักษณะเฉพาะของเซลล์ HepG2 เมื่อเทียบกับเซลล์มะเร็งชนิดอื่น

HepG2 เป็นหนึ่งในสายพันธุ์เซลล์เนื้องอกตับที่ถูกใช้อย่างแพร่หลายมากที่สุด โดยถูกเลือกเนื่องจากมีการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์จากสายพันธุ์เซลล์เนื้องอกตับที่มีอยู่ประมาณ 40 สายพันธุ์ [13] แม้ว่าจะมีการแสดงออกของเอนไซม์ไซโตโครม P450 บางชนิดที่อ่อนแอหรือไม่มีเลยเมื่อเทียบกับเซลล์ตับปกติ แต่โปรไฟล์การเผาผลาญของ HepG2 ได้กระตุ้นความพยายามในการปรับเปลี่ยนสายพันธุ์เซลล์นี้เพื่อการศึกษากระบวนการเมแทบอลิซึมของยาที่ดีขึ้น [13] เมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์มะเร็งชนิดต่าง ๆ เช่น MCF7, PC3, 143B และ HEK293 พบว่าเซลล์ HepG2 มีโปรไฟล์ปริมาณกรดอะมิโนเฉพาะตัวที่ส่งผลอย่างมีนัยสำคัญต่อการสังเคราะห์และการหลั่งโปรตีน ซึ่งสะท้อนให้เห็นถึงวิถีเมตาบอลิซึมที่แตกต่างของเซลล์ชนิดนี้ [14]

การสำรวจการวิจัยโรคตับด้วยเซลล์ HepG2

การเพาะเลี้ยงเซลล์ HepG2 ในอาหารเลี้ยงเชื้อ

นี่คือห้าขั้นตอนในการกำจัดเซลล์ที่เกาะติดจากขวดเพาะเลี้ยงเซลล์โดยใช้ Accutase:

1. นำอาหารเลี้ยงเซลล์ออกจากขวดเพาะเลี้ยงเซลล์ แล้วล้างเซลล์ที่เกาะติดโดยใช้ PBS ที่ไม่มีแคลเซียมและแมกนีเซียม ใช้ PBS ปริมาณ 3-5 มิลลิลิตรสำหรับขวด T25 และ 5-10 มิลลิลิตรสำหรับขวด T75
2. เติม Accutase ลงในขวดเพาะเลี้ยงเซลล์ โดยใช้ 1-2 มิลลิลิตรต่อขวด T25 และ 2.5 มิลลิลิตรต่อขวด T75 ตรวจสอบให้แน่ใจว่า Accutase ปกคลุมแผ่นเซลล์ทั้งหมด
3. บ่มขวดในอุณหภูมิห้องเป็นเวลา 8-10 นาที
4. ค่อยๆ ผสมเซลล์ให้ละลายกับอาหารเลี้ยงเชื้อ โดยใช้ 10 มิลลิลิตรของอาหารเลี้ยงเชื้อใหม่
5. ปั่นเหวี่ยงเซลล์ที่แขวนลอยแล้วเป็นเวลา 5 นาที ที่ความเร็ว 300 เท่าของแรงโน้มถ่วงโลก แขวนลอยเซลล์ในอาหารเลี้ยงเชื้อใหม่ และแบ่งใส่ลงในขวดใหม่ที่มีอาหารเลี้ยงเชื้อใหม่

แนวโน้มในอนาคตของเซลล์ HepG2

การค้นหาเพื่อปลดล็อกศักยภาพอย่างเต็มที่ของเซลล์ไลน์ HepG2 ยังคงดำเนินต่อไปพร้อมกับความก้าวหน้าที่น่าตื่นตะลึงในการเพิ่มการแสดงออกของไซโตโครม นักวิจัยยังกำลังสำรวจความเป็นไปได้ของการเพาะเลี้ยงเซลล์ในรูปแบบของเซลล์ทรงกลมสามมิติ ซึ่งมอบระบบที่มีความเกี่ยวข้องทางสรีรวิทยาอย่างมากขึ้น กิจกรรมเมตาบอลิซึม รวมถึงไซโตโครม มีความสูงขึ้นอย่างน่าทึ่งในแบบจำลอง HepG2 แบบทรงกลม 3 มิติ เมื่อเทียบกับเซลล์ 2 มิติ ซึ่งทำให้เราใกล้เคียงกับการสร้างแบบจำลองที่สะท้อนให้เห็นเซลล์ตับปกติมากขึ้น นอกจากนี้ การสำรวจกระบวนการพลวัตที่อยู่เบื้องหลังการกระจายตัวที่ไม่ถูกต้องของโปรตีนผิวเซลล์อาจช่วยเปิดทางให้เราเข้าใจโรคตับได้ดีขึ้น

เซลล์ HepG2: ทำความเข้าใจบทบาทและความแตกต่างในการวิจัยทางชีวการแพทย์ - คำถามที่พบบ่อย

เอกสารอ้างอิง

1. Vyas, R.C., Darroudi, F., Natarajan, A.T. การแตกและการเชื่อมต่อใหม่ของโครโมโซมที่เกิดจากรังสีในโครโมโซมระหว่างเฟสอินเตอร์เฟส-เมทาเฟสของลิมโฟไซต์มนุษย์, Mutat Res, 1991; 249(1):29-35.
2. วูดฟิลด์, เอส.อี., ชิ, วาย., พาเทล, อาร์.เอช., เฉิน, ซี., ชาห์, เอ.พี., ศรีวัสตาวา, อาร์.เค., วิทล็อค, อาร์.เอส., อิบาร์รา, เอ.เอ็ม., ลาร์สัน, เอส.อาร์., Sarabia, S.F., et al. การยับยั้ง MDM4: กลยุทธ์การรักษาใหม่เพื่อกระตุ้น P53 ในมะเร็งตับในเด็ก. Sci. Rep. 2021, 11, 2967.
3. ฮุสเซน, เอส.พี., ชวังก์, เจ., สไตน์บ, เอฟ., หวัง, เอ็กซ์.ดับบลิว., แฮร์ริส, ซี.ซี. การกลายพันธุ์ของยีน TP53 และมะเร็งตับชนิดเซลล์ตับ: ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับสาเหตุและกลไกการเกิดมะเร็งตับ. Oncogene 2004.
4. Schicht, G., Seidemann, L., Haensel, R., Seehofer, D., Damm, G. การตรวจสอบเชิงวิพากษ์เกี่ยวกับความสามารถในการใช้งานของเซลล์ไลน์มะเร็งตับ HepG2 และ Huh7 ในฐานะแบบจำลองสำหรับการแสดงออกทางเมตาบอลิซึมของมะเร็งตับชนิดสามารถผ่าตัดได้ มะเร็ง 2022, 14(17), 4227.
5. Verrier, E.R., Colpitts, C.C., Schuster, C., Zeisel, M.B., Baumert, T.F. แบบจำลองการเพาะเลี้ยงเซลล์สำหรับการศึกษาการติดเชื้อไวรัสตับอักเสบชนิดบีและดี. Viruses 2016, 8, 261.
6. Verrier, E.R., Colpitts, C.C., Bach, C., Heydmann, L., Weiss, A., Renaud, M., Durand, S.C., Habersetzer, F., Durantel, D., อาบูจาอูเด, จี., และคณะ. การคัดกรองการแทรกแซง RNA แบบเฉพาะเจาะจงเพื่อเปิดเผย Glypican 5 เป็นปัจจัยการเข้าสู่เซลล์สำหรับไวรัสตับอักเสบชนิด B และ D. Hepatology 2016, 63, 35–48.
7. Gripon, P., Rumin, S., Urban, S., Le Seyec, J., Glaise, D., Cannie, I., Guyomard, C., Lucas, J., Trepo, C., Guguen-Guillouzo, C. การติดเชื้อของเซลล์ไลน์มะเร็งตับมนุษย์โดยไวรัสตับอักเสบบี. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2002, 99, 15655–15660.
8. Mersch-Sundermann, V., Knasmüller, S., Wu, X.J., Darroudi, F., Kassie, F. การใช้เซลล์ไลน์ตับที่สกัดจากมนุษย์ในการตรวจหาสารป้องกันเซลล์ สารต้านพิษต่อแอนติเจน และสารก่อพิษร่วม. Toxicology. 2004; 198(1–3): 329–340.
9. Fanelli, A. HepG2 (มะเร็งตับชนิดเซลล์ตับ): การเพาะเลี้ยงเซลล์ HepG2. HepG2. สืบค้นเมื่อ 3 ธันวาคม 2560.
10. เซวียน, เจ., เฉิน, เอส., หนิง, บี., ทอลเลสัน, ดับเบิลยู.เอช., กัว, แอล. การพัฒนาเซลล์ที่แยกได้จาก HepG2 ซึ่งแสดงออกของไซโตโครม P450 สำหรับการประเมินพิษต่อตับที่เกิดจากยาซึ่งเกี่ยวข้องกับการเผาผลาญ Physiol. Behav. 2017, 176, 139–148.
11. Ooka, M., Lynch, C., Xia, M. การประยุกต์ใช้การกระตุ้นการเผาผลาญในหลอดทดลองในการคัดกรองแบบผ่านสูง. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 8182.
12. หวง, แอล., คอฟทรี, เอ็ม.ดับเบิลยู.เอช., ซู, เอช. การลดลงของยีนดีไฮโดรอีพิแอนโดรสเตอโรน ซัลโฟทรานสเฟอเรส ในมะเร็งตับของมนุษย์. โมล. เซลล์. เอ็นโดครินอล.
13. จู, ซี., ฮ่าว, เอ็กซ์., หยาน, เอ็ม., และผู้ร่วมงาน. เซลล์ต้นกำเนิดมะเร็ง/เซลล์ต้นกำเนิดมะเร็งในระยะแรกมีปริมาณสูงในกลุ่ม CD133 + CD44 + ในมะเร็งตับ. Int J Cancer. 2010; 126:2067-2078.
14. อาร์บัส, ซี., เบนยามินา, เอ., ลอร์กา, พี.-เอ็ม., บาเล, เอฟ., บรอมเมต, เอ็น., Massiere, F., Garay, R.P., Hameg, A. การศึกษาลักษณะของเอนไซม์ไซโตโครม P450 ในมนุษย์ที่เกี่ยวข้องกับการเผาผลาญไซอะเมมาซีน. Eur J Pharm Sci. 2007 Dec;32(4-5):357-66.