תאי HepG2 – משאב למחקר בסרטן הכבד

Hep-G2 הוא קו תאים של סרטן כבד אנושי שמקורו ברקמת הכבד של גבר לבן בן 15 הסובל מסרטן כבד. תאים אלה משמשים לעתים קרובות במחקרים על חילוף חומרים של תרופות ועל רעילות לכבד. למרות שתאי HepG2 מתאפיינים בקצב התרבות גבוה ובמראה דמוי אפיתל, הם אינם ממאירים ומבצעים תפקודים כבדיים מובחנים שונים. בשנת 1975, חוקרים הפקו תאי HepG2 מקרצינומה הפטוצלולרית, מה שהפך אותם לקו התאים הכבדי הראשון שהפגין את המאפיינים הקריטיים של הפטוציטים. בניגוד לקו התאים SK-Hep1 שהוקם קודם לכן, אשר חסר סמנים חיוניים של תאי כבד, תאי HepG2 יכולים להפריש חלבוני פלזמה שונים ומספקים מודל חשוב לחקר הדינמיקה התאית של תחומי פני השטח של תאי כבד אנושיים. תאים אלה מציגים מורפולוגיה דמוית אפיתל, מספר כרומוזומים מודאלי של 55, וניתן לעורר אותם באמצעות הורמון גדילה אנושי.

אנימציה רפואית בתלת-ממד של גידול ממאיר בכבד של גבר.

מאפייני תאי HepG2

הצורה האופיינית של תאי כבד ראשוניים היא קובית, והם מכילים בדרך כלל שני גרעינים. לעומת זאת, לתאי HepG2 יש מורפולוגיה דמוית אפיתל עם גרעין יחיד ומספר כרומוזומים הנע בין 48 ל-54 לכל תא. למרות שתאי HepG2 יכולים להוות עד 25% מכלל החלבון התאי, גודלם גדול מזה של תאי כבד נורמליים, והם מהווים כ-10% מכלל החלבון בתא. חלבונים תאיים הם גורמים קריטיים בתוך התא, המבצעים את הפונקציות שנקבעו על ידי הגנים.

תאי גידול, כולל אלה עם מספר כרומוזומים חריג, מפגינים לעתים קרובות עלייה במספר הגרעינים, עד שבעה לכל תא. בשל רמת ההבחנה הגבוהה שלהם במבחנה, תאי HepG2 מספקים מודל אידיאלי לחקר התנועה התוך-תאית והדינמיקה של חלבוני קנלי המרה, חלבוני הממברנה הסינוסואידית ושומנים בהפטוציטים אנושיים.

הקוטר הממוצע של תא HepG2 הוא כ-10-20 מיקרומטר, קטן יותר מתא כבד בקוטר 15 מיקרומטר, אך דומה לתאי גידול עם הפטובלסטומה (HB), שגודלם נע בין 10-20 מיקרומטר.

גנטיקה של HepG2

קו התאים Hep-G2 מציג מספר טרנסלוקציות, כולל אלה שבין הזרועות הקצרות של כרומוזומים 1 ו-21, טריזומיות של כרומוזומים 2, 16 ו-17, וטטרזומיה של כרומוזום 20. נצפה גם אובדן של אזור 4q3 בכרומוזום, הקשור לתעתיק t(1;4) הנצפה לעתים קרובות בהפטובלסטומה (HB) ובחריגות כרומוזומליות אחרות, כגון טריזומיות 2 ו-20. מספר הכרומוזומים בתאי HepG2 נע בין 50 ל-60, מה שמעיד על קריוטיפ היפרדיפלואידי, בעוד שבמקרים מסוימים נצפים יותר מ-100 כרומוזומים, המאופיינים בהגדלה טטרפלואידית. תאי HepG2 מכילים כ-7.5 pg של DNA, 15% יותר מתא סומטי ממוצע. לשם השוואה, תאי כבד ראשוניים הם בעלי צורה תלת-ממדית ומכילים בדרך כלל שני גרעינים [1].

פרופיל מוטציות של תאי HepG2

קו התאים HepG2 נושא את המוטציה C228T באזור הפרומוטור של TERT, המופיעה גם בקרצינומה הפטוצלולרית (HCC) ובהפטובלסטומה (HB). מוטציה זו תורמת להפיכת התאים לבלתי-מתים על ידי הגנה על הטלומרים בתאי הסרטן. בנוסף, תאי HepG2 מציגים TP53 מסוג הבר, גן קריטי לדיכוי סרטן בבני אדם, שכן הוא ממלא תפקיד בעצירת מחזור התא, באפופטוזיס ובהזדקנות. מוטציות בגן זה עלולות לקדם את התרבות התאים.

תאי HepG2 משתתפים במספר מסלולים, כולל הפרעה בוויסות צמיחת התאים, מסלולי הישרדות כגון HB עוברי ועוברי, ומסלול Wnt/β-catenin. יתר על כן, לקו התאים יש מחיקה אופיינית של האקסון השלישי של הגן CTNNB1, הזהה לזו הנראית ב-HB מסוג אפיתליאלי [2,3].

תאי HepG2 הגדלים באיי לבלב בהגדלה של פי 20 ופי 10.

סקירה כללית על תאי HepG2 של קרצינומה הפטוצלולרית במחקר הכבד

תאי HepG2, שמקורם בהפטומה אנושית, הפכו לכלי חשוב ביותר במחקר על תפקודי הכבד ומחלותיו, כולל קרצינומה הפטוצלולרית. קווי תאים כבדיים אלה מספקים תובנות לגבי התגובות התאיות של הפטוציטים האנושיים בתנאים ניסויים שונים. השימוש בפלסמידים מדווחים של לוקיפרז בתאי HepG2 היה יעיל במיוחד למעקב אחר ביטוי גנים וטרנספקציות תאיות, המהווים מרכיב בסיסי במחקר מטבולי, כגון מחקר השפעות האתנול על תאי הכבד.

מחקרים על זיהומים נגיפיים ומחלות כבד באמצעות תאי HepG2

קווי תאים סרטניים בכבד שהפכו לבלתי-מתים, כגון HepG2 ו-Huh7, חיוניים במחקר זיהומים נגיפיים, ומדגימים שכפול מחזור תאי מלא של הפטיטיס D (HDV) וביטוי של הפטיטיס B (HBV) [5,6]. במקביל, קווי תאי HepaRG ממלאים תפקיד קריטי בהבהרת מנגנוני הכניסה של HBV [7]. תאי HepG2 משמשים גם לחקירת מגוון מחלות כבד אנושיות, החל ממצבים גנטיים כמו כולסטאזיס תוך-כבדית משפחתית מתקדמת (PFIC) ותסמונת דובין-ג'ונסון, ועד למחקרים סביבתיים ותזונתיים הקשורים לחומרים ציטוטוקסיים וגנוטוקסיים, כמו גם במחקר של מיקוד תרופות וקרצינוגנזה בכבד [8,9]. השימוש בהם מתרחב לניסויים עם מכשירים ביולוגיים-מלאכותיים לכבד.

אינטראקציות של תאי HepG2 עם חומרים ביולוגיים בהנדסת רקמות

האינטראקציה של תאי HepG2 עם חומרים ביולוגיים שונים היא מרכזית בהנדסת רקמות. טכניקות כגון טכניקת הבדיקה הקולואידית מסייעות בהבנת אינטראקציות אלו על ידי מדידת תכונות ההידבקות של התאים, שהן חיוניות בקביעת חיוניות התאים לפיתוח שלדים ומודלים מדויקים של רקמת כבד.

התנהגות תאים וחידושים במודלים מבוססי HepG2

חקר התנהגות התאים במודלים מבוססי HepG2 הוא חיוני למחקר מחלות כבד. התקדמות בתרבויות תאים ספרואידיות תלת-ממדיות הובילה ליצירת ספרואידים של תאי HepG2, המציעים מודל רלוונטי יותר מבחינה פיזיולוגית המשקף מקרוב את תאי הכבד הנורמליים. מודלים תלת-ממדיים אלה, בעלי פעילות מטבולית מוגברת, מצביעים על הפוטנציאל של תאי HepG2 לשמש מודל להפטובלסטומה, והם משמעותיים במחקר הטיפול בסרטן, במיוחד עבור הדמיית גידולי כבד ובדיקת גישות טיפוליות חדשניות [10-12].

השוואה ומאפיינים של HepG2 ביחס לקווי תאים סרטניים אחרים

HepG2 הוא אחד מקווי התאים הסרטניים הכבדיים הנפוצים ביותר, שנבחר בשל יישומיו הרחבים במחקר מדעי מבין כ-40 קווי תאים סרטניים כבדיים זמינים [13]. למרות הביטוי החלש או הנעדר של אנזימי ציטוכרום P450 מסוימים בהשוואה להפטוציטים נורמליים, הפרופיל המטבולי של HepG2 הוביל למאמצים לשנות את קו התאים לצורך מחקרים טובים יותר על חילוף החומרים של תרופות [13]. בהשוואה לקווי תאי גידול כמו MCF7, PC3, 143B ו-HEK293, תאי HepG2 מציגים פרופילים ייחודיים של תכולת חומצות אמינו המשפיעים באופן משמעותי על סינתזת חלבונים והפרשתם, מה שמדגיש את מסלולי חילוף החומרים הייחודיים שלהם [14].

מחקר בתחום מחלות הכבד באמצעות תאי HepG2

התרבות משנה של תאי HepG2

להלן חמישה שלבים להסרת תאים דבקים מצלחות תרבית תאים באמצעות Accutase:

1. הוצא את המדיום מבקבוק תרבית התאים ושטוף את התאים הנצמדים באמצעות PBS ללא סידן ומגנזיום. השתמש ב-3-5 מ"ל PBS לבקבוקי T25 וב-5-10 מ"ל לבקבוקי T75.
2. הוסף Accutase לצלחת התרבית, בשיעור של 1-2 מ"ל לכל צלחת T25 ו-2.5 מ"ל לכל צלחת T75. ודא שה-Accutase מכסה את כל שכבת התאים.
3. השרו את הבקבוק בטמפרטורת החדר למשך 8-10 דקות.
4. יש לערבב בזהירות את התאים עם המדיום, תוך שימוש ב-10 מ"ל של מדיום טרי.
5. סובבו את התאים שהושעו מחדש במשך 5 דקות ב-300xg, השעו אותם מחדש במדיום טרי, והעבירו אותם לבקבוקים חדשים המכילים מדיום טרי.

הסיכויים העתידיים של תאי HepG2

המאמץ לממש את מלוא הפוטנציאל של קו התאים HepG2 נמשך עם התקדמות פורצת דרך בהגברת הביטוי של ציטוכרומים. חוקרים בוחנים גם את האפשרות של תרבויות תאים ספרואידיות תלת-ממדיות, המציעות מערכת רלוונטית יותר מבחינה פיזיולוגית. הפעילות המטבולית, כולל הציטוכרומים, גבוהה באופן ניכר במודלים תלת-ממדיים של HepG2 מאשר בתאים דו-ממדיים, מה שמקרב אותנו ליצירת מודל המשקף את תאי הכבד הנורמליים. בנוסף, חקר התהליכים הדינמיים העומדים בבסיס התפלגות לא נכונה של חלבוני שטח התא יכול לסלול את הדרך להבנה טובה יותר של מחלות כבד.

תאי HepG2: הבנת תפקידם והמאפיינים הייחודיים שלהם במחקר הרפואי-ביולוגי - שאלות נפוצות

ביבליוגרפיה

1. Vyas, R.C., Darroudi, F., Natarajan, A.T. שבר כרומוזומלי הנגרם מקרינה ואיחוד מחדש בכרומוזומים בין-פאזיים-מטפאזיים של לימפוציטים אנושיים, Mutat Res, 1991; 249(1):29-35.
2. Woodfield, S.E., Shi, Y., Patel, R.H., Chen, Z., Shah, A.P., Srivastava, R.K., Whitlock, R.S., Ibarra, A.M., Larson, S.R., Sarabia, S.F., et al. עיכוב MDM4: אסטרטגיה טיפולית חדשנית להפעלה מחדש של P53 בהפטובלסטומה. Sci. Rep. 2021, 11, 2967.
3. Hussain, S.P., Schwank, J., Staib, F., Wang, X.W., Harris, C.C. מוטציות TP53 וקרצינומה הפטוצלולרית: תובנות לגבי האטיולוגיה והפתוגנזה של סרטן הכבד. Oncogene 2004.
4. שיכט, ג., סיידמן, ל., הנסל, ר., סיהופר, ד., דאם, ג. חקירה ביקורתית של השימושיות של קווי תאי הכבד HepG2 ו-Huh7 כמודלים לייצוג מטבולי של קרצינומה הפטוצלולרית הניתנת לכריתה. Cancers 2022, 14(17), 4227.
5. Verrier, E.R., Colpitts, C.C., Schuster, C., Zeisel, M.B., Baumert, T.F. מודלים של תרבית תאים לחקירת זיהום בנגיפי הפטיטיס B ו-D. 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., AbouJaoudé, G., et al. סריקת הפרעה פונקציונלית ממוקדת של RNA חושפת את Glypican 5 כגורם כניסה לנגיפי הפטיטיס B ו-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. זיהום של קו תאים של הפטומה אנושית בנגיף הפטיטיס B. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2002, 99, 15655–15660.
8. Mersch-Sundermann, V., Knasmüller, S., Wu, X.J., Darroudi, F., Kassie, F. שימוש בקו תאים של כבד שמקורו בבני אדם לזיהוי חומרים ציטופרוטקטיביים, אנטיגנוטוקסיים וקוגנוטוקסיים. Toxicology. 2004; 198(1–3): 329–340.
9. פנלי, א. HepG2 (קרצינומה הפטוצלולרית של הכבד): תרבית תאים. HepG2. אוחזר ב-3 בדצמבר 2017.
10. Xuan, J., Chen, S., Ning, B., Tolleson, W.H., Guo, L. פיתוח תאים שמקורם ב-HepG2 המבטאים ציטוכרום P450 להערכת רעילות כבדית הנגרמת מתרופות הקשורה למטבוליזם. Physiol. Behav. 2017, 176, 139–148.
11. Ooka, M., Lynch, C., Xia, M. יישום של הפעלת מטבוליזם במבחנה בסינון תפוקה גבוהה. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 8182.
12. Huang, L., Coughtrie, M.W.H., Hsu, H. ויסות מטה של הגן Dehydroepiandrosterone Sulfotransferase בקרצינומה הפטוצלולרית האנושית. Mol. Cell. Endocrinol.
13. Zhu, Z., Hao, X., Yan, M., et al. תאי גזע/תאי אב סרטניים מועשרים מאוד באוכלוסיית CD133 + CD44 + בקרצינומה הפטוצלולרית. Int J Cancer. 2010; 126:2067-2078.
14. Arbus, C., Benyamina, A., Llorca, P.-M., Baylé, F., Bromet, N., Massiere, F., Garay, R.P., Hameg, A. אפיון אנזימי ציטוכרום P450 אנושיים המעורבים במטבוליזם של סיאמזין. Eur J Pharm Sci. דצמבר 2007;32(4-5):357-66.