Karim Si-Tayeb търсел начин да направи индуцирани плурипотентни стволови клетки (iPSCs) от пациенти с висок холестерол в кръвната плазма (хиперхолестеролемия). Изследователят от INSERM имал опит с клетъчни линии и модел на заболяването при мишки, „но при всички тези модели липсва нещо, което да ни позволи по-добре да разберем PCSK9” – белтък, който участва в регулацията на нивата на холестерола и чийто ген е мутирал при болните от хиперхолестеролемия.
Специално предложение:
Плурипотентни стволови клетки – клетки, които могат да се превърнат във всеки тип клетка и могат да се делят безкраен брой пъти. Те дават началото на всички прогениторни и след това – диференцирани клетки. Credit: Chempetitive
iPSCs можели да дадат на Si-Tayeb по-реалистичен поглед върху това, което се случва при пациента. По-рано, докато още бил в Medical College of Wisconsin, Si-Tayeb успял да генерира iPSCs от фибробласти и кръв, но и те имали недостатъци. Трябвало да чака месеци наред, преди да получи одобрение от болниците, за да вземе кожни биопсии, а и много пациенти не искали да бъдат доброволци.
Когато се преместил във Франция, за да се присъедини към екипа на INSERM към Университета на Нант, през 2012, работата на Si-Tayeb била да създаде протоколи за iPSC. Докато се ровел из литературата, той попаднал на статия от екипа на Miguel Esteban от Институтите по биомедицина и здраве Guangzhou в Китай, в която бил описан метод за успешно събиране на клетки от урина и репрограмирането им до iPSCs, чрез репрограмиращи фактори, доставени в клетката от вирусен вектор (Nature Protoc, 7:2080-89, 2012). Друг екип от Guangzhou също разработвал протоколи за добиване на iPSC от урината, използвайки епизоми – нишки ДНК, които не се интегрират в генома на гостоприемника, вместо вирусните вектори, за да доставят репрограмиращите фактори (PLOS ONE, 8:70573, doi:10.1371/journal.pone.0070573, 2013), и дори произвели нервни стволови клетки от получените от урина iPSCs (Nature Methods, 10:84-89, 2013).
Si-Tayeb избрал подхода с епизомите и изолирал соматични клетки – чиято идентичност не е напълно известна – от урината на 38 доброволци, като някои имали мутации в гена PCSK9. Въпреки че 30-милилитрова проба урина съдържала само няколко живи клетки, след огромния брой мъртви, те се развивали и размножавали много добре в съдовете за отглеждане на клетъчни култури. „Толкова е лесно” – казва той. След това ги репрограмирал в iPSCs и ги диференцирал в клетки, представляващи хепатоцити, които служели за добър модел за хиперхолестеролемия (Dis Model Mech, 9:81-90, 2016). „Изглежда доста сходно с iPSCs от кожа, кръв и дори зародишните стволови клетки.”
Диференцирани клетки – клетки, които са специализирани в определна функция и повече не се делят. Например, мускулните клетки и клетките, изграждащи черния дроб (хепатоцити). Credit: Nephron
Esteban казва, че идеята да използва клетки от урината за iPSCs му дошла, когато се преместил в Китай през 2008. Въпреки че фибробластите били лесен за използване източник за репрограмиране, те били трудни за изолиране. „Когато отидеш при някого и го питаш: ‘Можете ли да ми дадете малко клетки?’, освен, че малко се притеснява, той пита: ‘Ще боли ли?’А ти трябва да кажеш: ‘Може би малко.’ И това отблъсква човека.” Забелязахме, че в Китай хората са дори по-резервирани към това да даряват кожни клетки, отколкото европейците.
Затова, той потърсил други тъкани. Един приятел на Esteban, ортопед хирург, му осигурил кости, като добивът на iPSCs от тях бил много висок, но инвазивността на техниката го накарала да продължи да търси други възможности. Той опитал и със слюнка и обтриване на устната кухина с тампон, но нищо не се получило. Един ден, разговор със сътрудник от Виена, който използвал урина за други цели на клетъчната биология, му дал идеята да опита с такива проби. Двама студенти от австрийската група скоро дошли в лабораторията на Esteban в Китай „и за няколко месеца съставихме протокола за събиране на клетките и започнахме да ги репрограмираме.”
От 70-те години учените знаят, че в урината има живи клетки. Преди малко повече от десетилетие, у Yuanyuan Zhang, уролог от Wake Forest School of Medicine в Winston-Salem, Северна Каролина, се породил интерес към тези клетки, заради потенциалната им употреба при реконструкция на уретрата. „Ако мога да получа стволови клетки от урината, няма нужда да правя биопсия [на пациентите]” – казва той. Един петък, преди няколко години, той забравил да смени хранителната среда на добитите от урина клетки и си тръгнал. Когато се върнал на работа в понеделник, той установил, че една от клетъчните колонии значително е пораснала. „Просто я оставих да расте и тя ставаше все по-голяма” – спомня си той.
Предишни опити да се култивират клетки от урина, не са се радвали на голям успех; 99% от клетките, вероятно крайно диференцирани, не се закрепвали към стените на съдовете за култивиране и се отмивали. Тези, които все пак започвали да растат, след няколко дни загивали. За да разбере повече за стабилно развиващите се клетки, Zhang събрал урина от около 20 доброволци и отново открил, че много малка част от тях – около 2 клетки на всеки 100 мл урина, или 0,2% от всички налични клетки – формират колонии, които издържат в продължение на седмици и могат да се диференцират в различни клетъчни линии (J Urol, 180:2226-33, 2008).
Първоначално Zhang мислел, че прогениторните клетки произлизат от пикочния мехур. Но последното проучване на клетките от урината, предполагало, че те идват от бъбреците. Някои от жените доброволци по-рано получили бъбрек от донори мъже и прогениторните клетки съдържали Y хромозома (Stem Cells, 31:1840-56, 2013).
Прогениторни клетки – клетки, които са по-диференцирани от стволовите, но имат нужда от допълнително диференциране, за да се превърнат в напълно функционални клетки на дадена тъкан. Делят се само няколко пъти. Credit: Q thera
Изследователските групи използват клетките от урината не само като модел на хиперхолестеролемия. Например, миналата година австрийските колеги на Esteban получили мезенхимни стволови клетки от урина, за да изучават кожно заболяване, наречено епидермолизна булоза. Si-Tayeb и колегите му успели да диференцират iPSCs от урина до кардиомиоцити, за да изучават наследствено сърдечно заболяване.
Интересът към урината като източник на стволови клетки е само последният епизод от дългата история на употребата на течността в биомедицината. Например, Хипократ знаел, че урината става по-сладка, когато някой е болен от диабет – поради прекалено голямо количество глюкоза в кръвта – използвайки вкуса ѝ като диагностично средство. „Хората са забравили потенциала на урината, защото тя е течност, която човек изхвърля от себе си и следователно я смята за нещо, което ако не мръсно, то поне е безполезно” – казва Esteban. „Но мисля, че през последните години… нещата се променят.”
