鈣化性納米微粒是結石形成的原因？
芬蘭科學家Kajander發現，在培養的哺乳類動物細胞內存在著一種體積很小的原核微生物，它可以引起細胞的空泡樣變性和壞死。據認為，該微生物來源於細胞培養所需的胎牛血清。由於這種微生物的體積很小，1990年將其命名為納米細菌(Nanobacteria)。
納米細菌這個術語最初是用來描述來自於火星標本上地質隕石以及基於形態學上方面地球上的活體生物的礦物沉澱物和目標體。納米細菌可以只有50納米，或百萬分之一毫米。一些科學家已從南極和海底的冰塊中設別出納米細菌。這種生物的形態為卵球形，外周包裹了一層礦物質。X射線偏振顯微分析提示碳酸磷灰石。它們的直徑為0.08–0.5υm,因此可以通過大多數的生物濾膜，並被認定為可濾過的細菌。
儘管DNA基因序列分析表明納米細菌與蛋白細菌家族a2亞群的布魯氏菌、巴爾通菌同屬，均具有相同的16srRNA片段。最近Kajander指出，由於對納米細菌16SrRNA的檢測結果並沒有取得一致的意見，因此，關於納米細菌的本質和分類目前仍存在著爭議。與其稱這種生物體為納米細菌，不如稱其為鈣化性納米微粒(Calcifyingnanoparticles，CNP)。早在1998年美國國家科學院的一次會議上，就認為納米細菌由於體積太小，以至於不能想像它可以是有生命的活體。近年來，隨著人們對鈣化性納米微粒認識的不斷提高，關於鈣化性納米微粒本質的爭論也正在不斷地升級。爭論的主要焦點集中於鈣化性納米微粒是否是一種獨立存在的生物體的問題。
儘管已從腎結石標本中成功地分離出鈣化性納米微粒以及與它相關的蛋白質、脫氧核糖核酸。但是免疫印跡分析表明，Kajander等研製的鈣化性納米微粒特異性單克隆抗體實際上也與血清中的白蛋白髮生反應，並不存在特異性。因此，這個抗體不能作為有生命活性的微生物的生物性標記。Martel等報道，來源於人體血液的鈣化性納米微粒並沒有通過PCR的擴增方法獲得它的16S rDNA。而在體外配製的碳酸鈣卻與鈣化性納米微粒在大小、形態和以及聚集的方式很相像。這些碳酸鈣球體的大小和形態的改變會受到不同比例的CO2和NaHCO3等因素所影響。因此，推測鈣化性納米微粒實際上僅僅是無生命的碳酸鹽球體而己。
目前的證據尚不能說明鈣化性納米微粒就是生物體內的病理學鈣化或腎Randall斑的起源。鈣化性納米微粒從體積的大小到生物礦化的特性都與傳統概念中的微生物有著極大的不同。迄今為止,研究者不能確定鈣化性納米微粒是否具有生命的活性。在人體多種的病理性鈣化疾病的病灶中均發現了鈣化性納米微粒存在，並且在體外也能複製出其致結石的模型，這表明鈣化性納米微粒極有可能參與了體內病理性鈣化的整個過程。
研究顯示鈣化性納米微粒為革蘭氏染色陰性，直徑50-500nm，呈球形或橢球形，無莢膜和鞭毛，掃描電鏡下其大小和形態與腎結石中最小的磷灰石單元非常類似。一項關於納米細菌是否為生命的更有力的否定證據為對牙菌斑的研究。納米細菌已經被假設與牙菌斑有關。這些研究能夠說明在無菌培養接種的人類唾液中的礦化作用。對牙菌斑膜濾過物的提取並培養3周。運用透射電子顯微術可見為球菌樣顆粒與納米細菌形態相同。然而，DNA和核酸染色沒有特殊性。可以認為是陰性。礦化作用在90度時沒有被抑制或者被呼吸抑製劑-三氮化鈉所抑制。
鈣化性納米微粒CNP的生長繁殖比較緩慢，在pH值7. 4並且含有100 ml/L胎牛血清和適量谷氨酞胺的細胞培養基中，平均倍增時間為3d；而在無血清的細胞培養基中，其增殖速度變慢，它的倍增時間可延長至5-6d。進入生物體內的鈣化性納米微粒可以經過膽汁和尿液途徑排泄到體外。Akerman等用99mT C標記鈣化性納米微粒後，經耳緣靜脈注射到實驗兔體內，觀察到腎臟有很高的放射活性，15分鐘內即出現在尿液中。在不同的培養條件下，鈣化性納米微粒CNP的形態也有所不同。在有抗生素的環境中，它可以形成厚厚的生物膜，當血清蛋白的濃度降至5%以下時，其外殼的鈣化增多，而在微重力的條件下，其外殼的鈣化減少。儘管如此，鈣化性納米微粒的抗原性並沒有發生改變，仍然可被特異性單克隆抗體所識別。
應用γ射線照射鈣化性納米微粒CNP後，CNP的生長可以被抑制 這是作為一項證據來表明CNP並不是一個簡單的非生命的礦化現象。結合甲硫氨酸和尿核甙的放射標記可分別標記CNP的蛋白和DNA的合成。此外CNP的生長可以被多種抗生素所抑制，如四環素（與磷灰石相結合）作為二碳磷酸鹽化合物可以與羥基磷灰石晶體相結合，從而阻止結石的生長和聚集。5-氟脲嘧啶可以抑制CNP的DNA和RNA的合成和進展，這似乎間接提示有活體生物的存在。也許四環素或5-氟脲嘧啶並不是單純對再生有機物的抑制，而是對結晶形成和聚集的抑制。鈣化性納米微粒在其外周形成堅硬的礦化外殼，利用紅外光譜法檢測證實此礦化外殼的主要成分為碳酸羥基磷灰石。由於血清中含有諸如骨橋蛋白、降鈣素、胎球蛋白等抑制磷灰石形成的生物因子，因此在鈣化性納米微粒CNP己經形成的礦化物中加入胎牛血清以後，這些礦化物的形成可以受到抑制，或者出現礦化物溶解的現象。
鈣化性納米微粒CNP誘導腎結石形成的途徑可能為:(1)CNP本身可能直接引起腎小管上皮細胞內外的結晶沉澱，導致上皮的毒性損傷，從而誘導草酸鈣或者磷酸鈣在其表面沉著，進一步形成所謂的Randall斑，最終導致結石的形成。(2)鈣化性納米微粒經尿液排泄，並定位於腎小管上皮細胞，誘導腎小管細胞外礦化，在細胞的表而產牛牛物源性磷灰石，從而介導以磷灰石為核心的草酸鈣結石的形成。基於以下證據認為納米細菌是腎結石形成因素。這個理論認為納米細菌在其表面可形成碳酸磷灰石核，因此為結石形成提供了巢,許多證據表明，磷酸鈣更可能是草酸鈣結石形成的始動力量。而納米細菌又是始動的源頭刺激巢核形成。納米細菌已經在人類血液中和牛胎血的標本中被識別。被放射標記的納米細菌可以觀察到從血液到尿的運行過程。特殊的抗納米細菌單克隆抗體在所有標本中都有應答。
Matlaga等證實Randall斑內有球形的磷酸鈣沉澱成分存在。由於Randall斑的成分與鈣化性納米微粒鈣化外殼的輕基磷灰石成分相同，因此，Ciftcioglu等認為鈣化性納米微粒可能是Randall斑形成的始動因素:即鈣化性納米微粒造成腎乳頭和集合管的損害，加上其生物礦化作用所形成的磷酸鈣結石核心的影響，介導異質成核過程，最終導致腎結石的形成。Ciftcioglu"等報道，在非結石的17例腎臟標本發現有11例出現肉眼可見的Randall斑，在這11例中有8例鈣化性納米微粒抗原檢測陽性，掃描電鏡和X線能譜分析(EDX)顯示14例樣本有球形的磷灰石形成。由此可見，鈣化性納米微粒與Randall斑的形成是有一定關聯的。據推測，鈣化性納米微粒能夠通過一種特殊的方式入侵哺乳動物的細胞內，從而直接引起受感染細胞的變性、壞死或者凋亡的過程。運用特異性單克隆抗體測定、異硫氰酸熒光素染色和電鏡觀察均能夠發現鈣化性納米微粒定位於成纖維細胞的表面。因此，推測鈣化性納米微粒可能是通過受體介導的細胞胞飲作用而感染細胞，並且對細胞產生毒性作用的。
鈣化性納米微粒培養的陽性結石中，草酸鈣結石是94.2%；磷酸鈣結石是81.8%；尿酸結石和胱胺酸結石以及感染性結石為100%。納米細菌的廣泛存在，尤其是鈣化性納米微粒在後三者中的普遍存在，導致人們對其重要性的疑問。磷酸鈣結晶並不是胱胺酸和尿酸結石的始動因素；感染性結石已經很明確與產脲酶的細菌有關，而不需要分離的成核作用。一項有趣的鈣化性納米微粒誘導腎結石的動物模型研究：經皮腎穿刺將鈣化性納米微粒注射入4個鼠腎臟，在腎盂和腎盞中形成梗阻性結石，然而，是否注射其它的非生物的微粒可引起相似的作用並不能得到確定。這項研究並沒有說明注射材料的生物性。一項陰性研究顯示，4例尿路結石中並沒有發現與鈣化性納米微粒相一致的微小顆粒。然而不同染色和單克隆抗體免疫熒光不同發現納米細菌的標記。作者也不能用Kajander and Ciftcioglu的方法從結石中生長出細菌。
在鈣化性納米微粒感染的成纖維細胞中，通過電鏡觀察到細胞內外均有針尖樣的晶體沉澱，Von Kossa鈣染色顯示其與病理性鈣化中的鈣化小球體極為類似。據報道，所有的病理性鈣化灶都包含有大約200nm大小的雪球樣的磷酸鈣球體[28]。因此，有理由推測，這種磷酸鈣球體可能是鈣化性納米微粒感染細胞引起的晶體沉澱，而Randall斑實際上是腎乳頭尖部或其周圍的間質組織中出現的結晶沉澱。從這一點看來，鈣化性納米微粒與Randall斑之間的確存在著因果關係:鈣化性納米微粒可能介導Randall斑的形成，後者的表面粘膜脫落後，與過飽和的尿液接觸而最終生長並形成結石。
Shiekh等把鈣化性納米微粒靜脈注射進Wistar大鼠體內，發現大鼠的腎臟皮質和髓質組織內有炎症細胞的浸潤和聚集;利用電鏡可以觀察到這些細菌粘附在腎小管上皮細胞表面，同時存在著被細胞內吞的現象。此外，腎小管的表面也有微小的均勻鈣化斑存在。由此表明，鈣化性納米微粒是可以誘導腎小管細胞外礦化的。Cuerpo等將鈣化性納米微粒注射進大鼠的腎臟，經過一個月的追蹤觀察，發現該腎臟有結石的形成。因此，有理由推測鈣化性納米微粒在感染腎小管上皮細胞的同時，可能在細胞的表面產生生物源性的磷灰石，為草酸鈣晶體的粘附、生長提供適當的位置;或者可能通過對腎小管上皮的毒性損傷，引起上皮的脫落，而後者可作為一個病灶，促進鈣鹽的沉積和結晶化的過程，最終導致結石的形成。
雖然碳酸鈣沉積在體內能導致一些疾病，但是目前有許多證據提示鈣化性納米微粒納在體內廣泛存在，並沒有特別的病理變化。甚至有人認為鈣化性納米微粒可能是良性的。鈣化性納米微粒從體積的大小到生物礦化的特性都與傳統概念中的微生物有著極大的不同，要深入探討該微粒的本質，可能需要改變傳統的思維模式，從一個全新的角度來分析這種微粒。
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