卡里姆(Karim Si-tayeb)正在寻找一种从高胆固醇血症患者身上提取诱导多能干细胞(iPSCs)的方法。(法国)国家健康与医学研究院的研究人员比较熟悉细胞系和这种疾病的小鼠模型,“但是所有的那些模型都不足以让我们更好地理解枯草溶菌素转化酶9,”如果高胆固醇血症患者的基因发生突变,枯草溶菌素转化酶9这种蛋白质会参与调控这些患者的胆固醇水平。
国家健康与医学研究院让卡里姆看到一个真正以病人为中心的研究机构。过去,卡里姆是威斯康星医学院的一名博士后,他成功从纤维母细胞和血液中提取诱导多能干细胞,但也有不足之处。为了得到收集皮肤活检的医院批准,他不得不等待数月,而且,很多病人不愿意当这项研究的志愿者。
卡里姆在2012年搬到了法国、加入南特大学的国家健康与医学研究院实验室,当时他的工作是建立诱导多能干细胞科学试验计划。就在他起草文书的时候,卡里姆看到了一份来自中国广州生物医药与健康研究院艾斯特班小组的报道,这份报道描述了如何成功从尿液中获取细胞、并用病毒载体重组要素将尿液细胞重组为诱导多能干细胞。另一个广东研究院的研究小组也正在开发尿液提取诱导多能干细胞的科学实验,他们利用的是游离基因——一缕缕不与宿主基因组结合的DNA。这取代病毒载体引出重组要素,甚至从尿液提取的诱导多能干细胞中产出了神经干。
卡里姆采用了这种方法,使用了从38位志愿者(部分人的枯草溶菌素转化酶9含突变基因)的尿液中的游离基因和分离的体细胞,这些体细胞的特性还未被了解透彻。尽管在30毫升的尿液样品中,比起成千上万的死细胞,活细胞屈指可数,这些活细胞在细胞培养皿中激增。“就是这么简单”,卡里姆说。他接着将他们重组为诱导多能干细胞,并将其分化为类似于肝细胞的细胞,这适用于高胆固醇血症的模型。“这看上去几乎同等于与从皮肤、血液、甚至胚胎干细胞提取的诱导多能干细胞。”
埃斯特班说他在2008年搬到中国后,就有了使用尿液提取细胞做诱导多能干细胞的想法。纤维母细胞虽然在重组中是一个易于使用的资源,但是它很难被收集。“你走到一个人跟前问:‘你能给我点儿细胞吗?’且不说这个人产生的疑虑,他/她会回问:‘会疼吗?’”“接着你不得不回答:‘可能有一点儿疼。’”“这就让人避而远之了。”他发现,对比欧洲来说,中国人在捐献皮肤细胞方面更为谨慎。
因此,他选择寻找其他种类的组织细胞。一个矫形外科医生朋友提供了一些骨头给埃斯特班,这提高了诱导多能干细胞的效率。不过这种技术的攻击性太强,于是他开始寻找其他选择。他还试过唾液和口腔细胞,但都失败了。一天,与一位维也纳的合作伙伴的通话中,他们谈到了另一个细胞生物学研究运用尿液。埃斯特班灵光一现,想要试一试尿液。奥地利小组的两个学生立马赶到了埃斯特班在中国的实验室,“然后,就在几个月内,我们就成立了细胞采集的科学实验计划,并开始重组细胞。”
20世纪70年代以来,科学家们就已经知道尿液中留存有活细胞。十几年前,北卡罗来纳维克森林大学医学院的泌尿科专家张圆圆已开始关注这些细胞在尿道重建中的潜在作用。“如果我能在细胞培养中使用尿液干细胞,我就不需要活体组织切片检查了,”他说。张圆圆早在几年前就已经在细胞培养尿液提取细胞,而在一个周五、离开实验室享受周末之前,他忘记更换培养基。第二周,他回来工作的时候,发现一个细胞集落已长得非常可观。”我就让它继续长,而细胞集落也越长越大,”他回忆说。
之前尝试的尿液细胞培养都不怎么成功,有99%的细胞都像是终末分化了,其没有粘连在培养皿上,之后就消逝了。那些都在几天后逐渐枯竭。为了找到更多稳定的增殖细胞,张圆圆采集了大约24名志愿者的尿液,并再次发现:每100毫升尿液中约有2个细胞、或者说0.2%的细胞可以形成维持数周的细胞集落,如此小比例的细胞就可以分化成不同的细胞谱系。
一开始,张圆圆认为祖细胞源于膀胱。然而,后来的尿液提取细胞研究显示,祖细胞源于肾脏。一些女性志愿者接收了男性捐赠的肾脏,因此祖细胞包含Y染色体。
尿液提取细胞的使用并不局限于高胆固醇血症模型研究,研究小组正将其应用于更多领域。如埃斯特班的奥地利同事去年从尿液中采集了间充质干细胞,用于研究被称作大疱性表皮松解症的皮肤病。另一个中国的研究小组从阵发性非运动源性运动障碍患者的尿液样本细胞中提取了诱导多能干细胞。卡里姆和他的同事将源于尿液的诱导多能干细胞分化为心肌细胞,以研究遗传性心脏疾病。
近期对于“尿液作为干细胞源”的关注只不过是生物医学物质效用研究历史长期以来的一段最新插曲。如希波克拉底(希腊的名医,称医药之父)早就知晓,将尿液的味道作为诊断标准,糖尿病患者的尿液会更甜,因为血液里有太多葡萄糖。“不过,很长时间以来,人们似乎忘记了尿液的潜在作用,因为其不过是被抛弃的液体,结果人们将其联想为肮脏或无用的东西,”埃斯特班说。“但是我想,近几年来...情况正在发生转变。”
(选自麦肯息讯《医药》)