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关于本书和海拉

作者:丽贝卡·思科鲁特

译者:刘旸,科学松鼠会的桔子帮小帮主

豆瓣链接:http://book.douban.com/subject/6966735/

两篇可当前情提要的文章:

海拉”,在实验室里“永生”/金煜

从海拉细胞到肿瘤疫苗/赵承渊

海瑞塔死后不久,海拉工厂就正式进入筹划阶段。这是一项巨大的工程,人们希望这个工厂能达到每周数以兆计的生产量。目的只有一个:治疗小儿麻痹症。

1951年底,世界上出现有史以来最严重的小儿麻痹疫情。学校纷纷停课,家长们极度恐慌,全民迫切期待疫苗的出现。1952年2月,匹兹堡大学的乔纳斯·索尔克宣布,他已经研制出世界上第一支小儿麻痹疫苗,可现在仍然无法给孩子们施用,因为必须先进行大规模的实验,证明疫苗安全有效。可实验的前提是,他必须能得到大量的体外培养细胞,而这是史无前例的。

早先,罗斯福总统成立过一个慈善机构——美国小儿麻痹基金会(NFIP),因为他本人就是患者。这次,该基金会立马行动起来,开展了验证小儿麻痹疫苗的规模最大的临床试验。索尔克将为200万名儿童进行接种,然后基金会将为他们验血,看他们是否能对脊髓灰质炎病毒免疫。这意味着他们必须做上百万次中和抗体实验,将接种儿童的血清、活性脊髓灰质炎病毒和培养细胞混合在一起。如果疫苗有效,血清就能抵抗病毒的侵袭,保护细胞免受感染。反之,如果病毒感染了细胞,科学家通过显微镜看到细胞受损,就能判断疫苗无效。

问题是,当时用来做中和抗体实验的都是猴子细胞,取完细胞就把猴子处死了。这是一个大问题。现在我们更多地强调动物保护,可那时主要的顾虑是猴子太贵。如果做上百万次的中和抗体实验,光买猴子就得花好几百万美元。小儿麻痹基金会吃不消,于是他们开始到处寻找比猴子便宜的细胞,这种细胞还必须能大规模培养。

小儿麻痹基金会找到盖伊和其他几位细胞培养专家,请他们提供帮助。盖伊意识到这对整个领域来说都是绝好的赚钱机会。基金会发起“为一毛钱奔走”活动,每年都能募到5000万美元,它的负责人希望把大部分钱交给细胞培养专家,让他们专心研究大规模培养细胞的方法,这正好是细胞培养专家多年的愿望。

时间上也太巧了:小儿麻痹基金会找到盖伊后不久,盖伊就遇到了海瑞塔,他发现海瑞塔的细胞和他以前见过的任何细胞都不一样。

大多数体外培养细胞只能在玻璃表面长成薄薄的一层,而且还会抱团儿,以这种生长方式,它们很快就没有生长空间了。这么一来,要增加细胞数量就成了相当费力的一件事,科学家必须不断把细胞从管壁刮下来,分在不同的试管里,这样它们才有足够的生长空间。然而海拉细胞却是一种相当不挑剔的细胞,甚至无需附着生长,只要把它们扔在液体培养基里,用磁力搅拌机把液体搅起来,细胞就能悬浮生长,这种方法也是盖伊发明的,叫悬浮培养。也就是说海拉细胞的生长不像其他细胞一样受到空间的限制,它们能不断分裂,直到培养基里的养料耗光为止。于是,只要用很大的容器,就能得到大量的细胞。有了这个前提,就只需要测试海拉细胞是不是能被脊髓灰质炎病毒感染,因为并不是所有细胞都能成为这种病毒的宿主。倘若一切顺利,海拉细胞就有望成为测试疫苗的绝佳细胞,无数的猴子细胞也省下了。

1952年4月,盖伊和小儿麻痹基金会的顾问委员威廉·谢勒合作,尝试用脊髓灰质炎病毒感染海拉细胞。谢勒也是明尼苏达大学的博士后,非常年轻。几天后结果见分晓,他们发现海拉细胞竟然比之前培养的细胞更容易受到病毒感染。当他们意识到这一点的时候,他们明白这正是小儿麻痹基金会一直以来渴望寻找的细胞。

不过,他们也非常清楚,在开始着手大量培养海拉细胞之前,必须找到一种新的运输方法。盖伊以前采用的是空运,这对于寄送少量细胞来说没有任何问题,可要是大批量寄送,运费就先成了一笔巨大的开销。如果不能把细胞顺利寄到需要的人那里,哪怕能大规模培养也无济于事。于是,二人开始了新的实验。

1952年5月30日,是美国老兵纪念日。这一天,盖伊准备了一把试管,里面装上海拉细胞和足够让细胞活几天的培养基,然后把这些试管装在罐子里,缝隙之间再塞上软木和冰块,以防细胞过热。一切包装就绪,他用打字机打出一份清晰的细胞培养说明书,让玛丽拿到邮局,寄给明尼苏达的谢勒。假日期间巴尔的摩几乎所有邮局都关了,玛丽只好倒好几趟车,跑到市中心的大邮局去。细胞不负众望,4天后抵达巴尔的摩,谢勒把它们放进培养箱,它们竟然重新开始生长。这是活细胞有史以来第一次成功邮寄。

接下来的几个月,为了验证不同的邮寄方法,也为了确保将来细胞能在各种各样的气候下经受长时间的旅行奔波,盖伊和谢勒试着把海拉细胞通过飞机、火车、卡车运往全国各地,从明尼阿波利斯到诺威治,再从纽约回到起点。整个过程只有一支试管里的细胞死掉了。

小儿麻痹基金会得知海拉细胞既能被脊髓灰质炎病毒感染,又能大量繁殖,培养起来还便宜,立刻联络谢勒,请他协助在塔斯基吉研究院建立海拉细胞销售中心。塔斯基吉研究院是全国最好的黑人大学,基金会之所以选择这里,是“黑人事务”主管查理斯·拜纳姆的决定。拜纳姆本人是一位科学教师和民权运动家,他还是基金会里第一位黑人执行长。如果细胞销售中心建在塔斯基吉,就能为这里带来上万元资金,还能为年轻的黑人科学家提供很多的工作和培训机会。

短短几个月内,一个由6名黑人科学家和技术员组成的工作小组在塔斯基吉建成了一座前所未见的细胞工厂。墙边摆满可以进行蒸汽灭菌的不锈钢工业灭菌锅和好几排巨大的机械搅拌型细胞培养器;培养箱、玻璃培养瓶堆在旁边,还有细胞自动分装机,这是一个神奇的新玩意儿,当它运转起来,一根又长又细的金属臂就会把细胞喷到一个又一个试管里。每周,塔斯基吉的科研团队都要配置好几千升的盖伊培养液,成分除了盐类、矿物质,还有血清,血是从学生、军人和棉农体内取的,这些人看到当地报纸公告,卖血换点钱。

为了保证细胞活性,工厂还设置“质量监督流水线”,质检工作由几个技术员担任,每周在他们的显微镜镜头下接受检验的细胞有成千上万。工厂其他员工则按照严格的日程把细胞寄往全国23所小儿麻痹研究中心。

塔斯基吉研究所细胞销售中心是世界上第一家细胞生产厂。后来,这里的科学家和技术员增加到35名,在他们的努力下,每周从这里要生产出2万管海拉细胞,如果真要用细胞数表示,就是6万亿个。而这所有细胞,都是从盖伊最初寄给谢勒的那一管细胞繁衍来的,那时距海瑞塔去世没有多久,盖伊才刚刚开始试验运细胞的方法。

借助这些细胞,科学家们终于证明索尔克疫苗是有效的。《纽约时报》随即刊登了头条新闻:塔斯基吉的科学家团队同小儿麻痹展开斗争

黑人科学家团队在验证索尔克医生疫苗的工作中扮演重要角色

海拉细胞被源源不断地培养消息还配了图。画面上,一些黑人女性探着身子,从显微镜里观察细胞,黑色的手指握着装海拉细胞的小瓶子。

黑人科学家和技术员——多数是女性,用一位黑人妇女的细胞拯救了上百万美国白人的性命。而与此同时,就在同一片校园内,州政府的官员恰恰也在进行另一项实验,那就是后来臭名昭著的“塔斯基吉梅毒研究”。

起初,塔斯基吉细胞中心只把海拉细胞提供给做小儿麻痹研究的实验室。可后来他们发现,以海拉细胞的长势来看,根本不可能短缺,于是只要科学家愿意出10美元外加运输费,工作人员就把细胞寄给他们。比如,有的科学家想知道细胞如何应对不同环境,有人想看某种化学物质对细胞的作用,还有人想知道细胞怎么造出不同蛋白,他们都想用海瑞塔的细胞。因为虽然海拉细胞是癌细胞,但许多基本特征和普通细胞是一样的,比如要制造蛋白,彼此交流,会不停分裂并产生能量,不断进行基因表达并进行基因表达调控,它们还会感染各种各样的病原……正是因为这些特性,海拉细胞成了合成蛋白的最佳工具;人们还借助培养的海拉细胞研究许多东西,包括细菌、激素、蛋白,尤其是病毒。

病毒通过把遗传物质注入活细胞来繁殖,更重要的是,它们能给细胞重新编程,让细胞使劲生产病毒而顾不上自己长。因此,如果科学家想繁殖病毒,海拉细胞就成了最佳选择,因为它们是恶性肿瘤细胞,生长极度旺盛,产生实验结果比一般细胞更快,在做很多其他实验的时候这也是一大优势。海拉细胞就像个廉价劳动力,吃苦耐劳,而且哪里都能找到。

海拉细胞的出现也恰是时机。上世纪50年代,科学家对病毒刚有些初步了解,当海瑞塔的细胞在全国的实验室出现,科研人员立马让它们和各种病毒“亲密接触”,包括疱疹、麻疹、腮腺炎、禽痘和马脑炎等,从而看看病毒是怎么进入细胞,在细胞里繁殖,再在细胞间传播的。

海瑞塔的细胞促进了病毒学的兴起,这只是故事的开始。海瑞塔死后不出几年,世界各地的科学家用最初培养的那批海拉细胞做研究,重要成果层出不穷。一些人用海拉细胞开发出冻存细胞的好方法,既不会损伤细胞也不会造成细胞的改变。有了这个技术,人们就可以沿用现成的运冷冻食品和育牛运精液的方法,在全球范围更方便地运送细胞。另外,既然可以随时把细胞冻起来,就意味着科研人员在做不同实验的间隙可以停下手,先把细胞冻起来,而不用担心持续培养细胞和无菌操作等问题。这些还不是最激动人心的,科学家最高兴的,是将来做实验的当间儿就可以把细胞暂停在某个生长阶段了。

冻存细胞就好像按下暂停键,细胞分裂、新陈代谢……一切生命活动都暂时中止。之后只要化冻,所有生命活动再重新恢复,好像按下“播放”一样。有了冷冻技术的帮助,科学家现在就可以在实验进行的不同阶段把细胞冻住,之后便可以同时比较细胞接触药物后1周、2周和6周的反应;或者可以观察同样的细胞在不同时间点的状态,研究它们的衰老过程。另外,他们相信理论上来说,如果把细胞暂停在不同生长阶段,一定能抓住正常细胞转变成恶性肿瘤细胞的那个瞬间,也就是所谓的癌症发生“自然转化”的时刻。

冻存只是第一个例子,之后,海拉细胞极大地推动了组织培养领域的发展。其中最重要的是整个领域的标准化,在此之前细胞培养界可以说是一片混乱。仅仅为了给细胞配培养基,让它们活着,就要花去大把时间,盖伊和同事们为此怨声载道。可更让人焦虑的是,每个人用的培养基成分、配方、细胞种类和培养技术都不一样,而且彼此都不知道其他人的方法,这样,就很难重复别人的实验,有时候根本就是不可能的。重复实验是科学研究中一项特别重要的要求,如果别人不能重复你的实验结果,那你的发现就没法被人接受。做组织培养的人都在担心,如果没有标准化的实验材料和实验方法,整个领域将停滞不前。

盖伊和几位同事以前就成立了一个委员会,专门研讨如何能“让组织培养技术简化和标准化”。他们说服了两家新兴生物供给公司——“微生物联合会”和“Difco实验室”,让它们制造和销售现成的培养基原料,还教他们必要的技术。两家公司很配合,培养基原料已经走入市场,可问题是研究人员仍然需要自己把培养液配起来,而且在这个过程中他们用的配方都不尽相同。

直到后来发生了三件事,标准化才水到渠成:第一,塔斯基吉研究所开始大批量制造海拉细胞;第二,美国国立卫生研究院的哈利·伊戈用海拉细胞研发了第一种标准培养基,不仅可以批量生产,而且运到后即可使用;最后,盖伊等人用海拉细胞对实验器材进行了测试,试出哪种玻璃器皿和瓶塞对细胞最无害。

直到这时,万事俱备,全世界科研人员终于可以用相同的细胞、相同的培养基,和同样的设备来做研究,而且所有这些都可以方便地买到,直接寄送到实验室来。很快,这些人又用上了第一种克隆的人细胞,多年来的梦想终于实现。

今天,当我们听到“克隆”这个词,一下就能想起著名的绵羊多莉,我们想象科学家在实验室里用一只动物的DNA把整个动物复制出来。但其实“克隆”这个词并不新,在我们有能力复制出完整的动物之前,海拉细胞已经被无数次地复制,这个过程也叫克隆。

想要理解细胞克隆为什么这么重要,你必须先记住两点。第一,海拉细胞不是从海瑞塔的一个细胞长出来的,记得么,科学家是用海瑞塔的一片癌变组织培养出的海拉细胞系,那片组织里有无数细胞。第二,即便是同一片样品,其中细胞和细胞间的表现有时候也会非常不同,有的长得快,有的能复制更多脊髓灰质炎病毒,有的也许对某些抗生素具有抗性。科学家希望得到的是真正的细胞克隆,也就是从同一个细胞繁衍来的细胞,这样才有可能保证特性的单一性,然后才谈得上保留这些特征。后来,科罗拉多的一些科学家做到了!于是世界上有了上百甚至上千种海拉细胞的克隆。

早期利用海拉细胞所发展的细胞培养和克隆技术,包括单细胞培养,是日后很多重要进展的基础,比如分离干细胞、克隆完整生物体,和体外受精等。另外,在多数研究中,海拉细胞都被看做模式的人类细胞,因此在后来兴起的人类遗传学中,海拉细胞也起了很大贡献。

过去,科学家一直以为人的细胞里有48条染色体,每条染色体是一条DNA长链,集合起来就携带了人的全部遗传信息。但染色体全都抱成一团,根本没法数清楚。1953年,得克萨斯一位遗传学家做实验的过程中出了个小失误,不小心把错误的液体加进了海拉细胞和其他一些细胞里。谁知歪打正着,细胞里的染色体全都膨胀铺散开了,这是科学家第一次亲眼看到清晰可辨的人染色体。经过这个“失误”和后面几个发现,西班牙和瑞典科学家终于得出结论,人的细胞里实际上只有46条染色体。

知道了人在正常情况下应该有多少染色体,那么当人出现异常,比如染色体发生增加或缺失,科学家们就能做出判断,这是遗传筛查的前提。世界各地的研究人员很快便找出好多种染色体异常疾病,比如唐氏综合症患者是第21对染色体三体,克氏综合征(先天性睾丸发育不全症)的性染色体多了一条,特纳综合征(先天性卵巢发育不全)缺失部分或整条X染色体。

新的进展反过来增加了对海拉细胞的需求。不久,塔斯基吉细胞销售中心就无法满足市场需求了。微生物联合会的老板塞缪尔·瑞德是军人出身,对科学一窍不通,好在他有个眼光敏锐的合伙人,这人叫门罗·文森特,也是科研人员,知道细胞的潜在市场。其实,要用海拉细胞的科研工作者不计其数,但其中很少有人愿意花大把时间培养细胞,他们通常也不具备这个能力。他们只希望能买现成的。因此,瑞德和文森特联手,以海拉细胞为起点,成立了全世界第一家以营利为目的的工业化细胞营销中心。

细胞中心是从马里兰州的贝塞斯达起家的,瑞德津津乐道地把这里称作他的“细胞工厂”。工厂开在一所现成的大库房里,这里以前是一座小食品生产厂。他搭了一座玻璃房,里面有一条不断运转的传输带,上面全是试管架。玻璃房外面的设计和塔斯基吉细胞中心很相似,也摆着庞然大物似的培养缸,而且比塔斯基吉的还大。当细胞全部准备好,需要运输的时候,他就会按铃,发出特别嘹亮的声音,这时候厂里所有工人,包括收发室的职员,必须全都停下手边的工作,在消毒站刷洗干净,穿戴好白大褂和白帽子,在传送带边上列队站好。有人负责装管,有人塞上橡胶塞,有人封口,还有人把试管塞到巨大的培养室,需要运输的时候就取出来包装。

微生物联合会最大的客户是美国国立卫生研究院,他们和联合会签下长期订单,定期购买上百万管海拉细胞。全世界其他地方的科学家也都能自由购买,只需付50块钱不到,就能在第二天收到联合会寄来的细胞。瑞德已经和几家主要航空公司签约,这样,不管什么时候接到订单,他都能立马叫人把细胞送到机场,并让细胞乘上最快一班飞机。抵达目标城市后,细胞被专人取走,坐上出租车直奔实验室。一项销售人体生物材料的事业就这样起步了,产值达数十亿美元。

瑞德召集了领域内最顶尖的科学家,随时把他们的需求告诉他,并让他们教自己相关的制作技术。其中一位顾问就是莱奥纳多·海弗利克,他毋庸置疑是今日还健在的早期细胞培养专家里最著名的一位。见到他后,他对我说:“微生物联合会和萨姆·瑞德给这个领域带来了翻天覆地的革命,我可不是随便用‘革命’这个词的人。”

瑞德的生意蒸蒸日上,相反,塔斯基吉细胞中心却一落千丈。小儿麻痹基金会关闭了这里的海拉细胞营销中心,因为像微生物联合会这样的大机构已经能给科研界提供足够的细胞。由于培养液和设备标准化,细胞培养变得越来越容易,不出多长时间,科研人员开始尝试培养各式各样的细胞,于是,联合会销售的细胞也由海拉细胞一种拓宽到很多种类。只不过无论哪种都不如海拉细胞的市场那么好。

后来,冷战局势日益严峻,有些科学家看到可能的危险,开始试验用大剂量的辐射照射海瑞塔的细胞,他们的目的是看看核武器怎么破坏细胞,这样将来若真发生了灾难,就有可能把对人类的损伤减到最小。还有的科学家尝试把细胞放在高速离心机里离心,让离心力达到重力的十万倍,从而模拟人类细胞在深水或航天器等极端环境下的反应。

细胞研究突然之间展现出无限的可能性。基督教年轻女性协会一名健康教育主管听说了组织培养这回事,立刻给一些研究人员写信,请求他们用这项技术帮助协会那些年纪大些的成员。“她们经常抱怨自己脸上和脖颈上的皮肤和组织留下了无法逆转的岁月的痕迹,”她写道,“我想你们既然知道怎么让组织不停地生长,一定可以让人把那些神奇的返老药剂也抹在脖颈和脸上试试。”

海瑞塔的细胞当然没有办法让女人的脖子重获青春,但欧美的化妆品厂和制药厂都立刻用海拉细胞取代了实验动物,来检验新化妆品和新药会不会给细胞带来损伤。科学家迫不及待地切开海拉细胞,证明细胞在移除细胞核之后仍然可以存活,他们还用海拉细胞研究操作细胞的新方法,比如看怎么能在不损伤细胞的情况下把某些物质注射到细胞里去。有的人用海拉细胞测试类固醇、化疗药物、激素、维生素和环境压力;还有人让细胞感染结核杆菌、沙门氏菌和引起阴道炎的细菌。

1953年,盖伊应美国政府要求,携海瑞塔的细胞前往远东地区研究出血热,这种病已经让很多美国驻军失去性命。除此之外,他还把癌细胞注射给大鼠,想看看人类的癌细胞会不会在老鼠身上引发癌症。但他最希望的是让自己的研究不再仅仅局限在海拉细胞,比如,他开始尝试从同一个病人身上取癌细胞和正常细胞,同时培养,进行观察比较。可再怎么努力,他毕竟难以摆脱别的科学家的穷追猛打,关于海拉细胞和组织培养,他们似乎永远有无数的问题要问。每周,都有研究人员数次造访他的实验室,想从他这里学习技术,而且他自己也经常满世界跑,帮助好多人建起细胞培养系统。

盖伊的很多同事都劝他赶紧发文章,这样他的成就才能得到认可,可他总说自己实在太忙,即使在家也经常彻夜工作。他申请延长科研基金,往往好几个月才回复别人的邮件,甚至有一次发现自己雇的一个人3个月前就死了,竟一直没人察觉。玛丽和玛格丽特在盖伊耳边念叨了一年,他才终于答应写一篇关于培养海拉细胞的文章;最后也只是写成一段短短的会议摘要,交由玛格丽特帮他发表。从那之后,玛格丽特只好自己操刀,替盖伊写文章,发表他的研究结果。

上世纪50年代中期,越来越多的科学家进入组织培养领域,这让盖伊心生倦意。他给朋友和同事写信说:“应该有人发明一个新词,至少用来描述目前‘世界全都围着组织培养团团转’的情形。我当然希望这些乱七八糟的组织培养研究能出点有意义的成果,至少能帮助一些人……不过目前更希望这个热门研究能冷却些。”

全世界的科研对海拉细胞越来越执著,盖伊对此非常不满。毕竟世界上又不只是海拉这一种细胞,他自己后来也成功开发出了A.Fi.和DIRe,和海拉细胞一样,这两种也是根据病人名字命的名。他经常把这些新细胞分享给其他科学家,但由于它们都不太好养,因此从来也没像海拉细胞那么流行。唯一让盖伊欣慰的是,现在有专门的细胞公司生产海拉细胞,他不必亲自来做,但事情都有两面性,海拉细胞如今已经完全脱离了他的控制,这让他有点恼火。

自从塔斯基吉建立海拉细胞生产中心以来,盖伊一直忙着给其他科学家写信,劝告他们使用海拉细胞要有所克制。有一次他甚至写信给自己的老朋友和同事查理斯·波米拉,伤心地抱怨包括波米拉实验室在内的很多人在用海拉细胞做一些他“更有能力”来做的研究,其中有的他已经做完了,只不过没时间发表。波米拉回答说:如今海拉细胞的使用已经日益膨胀,你说你不认可,但我想不出你怎么才能阻止这方面的进展,毕竟最开始是你自己不加限制地四处分发,结果现在都变成商业生产了。你的要求根本不合理,简直像叫人别用黄金仓鼠做实验一样!我明白是你最初是好心,才会把海拉细胞分给别人,那你现在为什么改变想法,觉得别人都想抢你的成果了呢?波米拉还说,盖伊当初应该先把自己的海拉细胞研究做够了“再四处分发细胞,因为一旦给了别人,就意味着它成为公共财产了。”

可惜盖伊不是这么做的,如今为时已晚。并且海拉细胞一旦“成为公共财产”,人们的好奇心也被勾起来了,这细胞背后的女人,到底有着怎样的故事?

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One Response to “[小红猪]《永生的海拉》连载(2)海拉工厂”

  1. Illusiwind说道:

    唔。A.Fi.和DIRe 是什么?