Advances in Clinical and Experimental Medicine

Title abbreviation: Adv Clin Exp Med
JCR Impact Factor (IF) – 2.1 (5-Year IF – 2.0)
Journal Citation Indicator (JCI) (2023) – 0.4
Scopus CiteScore – 3.7 (CiteScore Tracker 3.8)
Index Copernicus  – 171.00; MNiSW – 70 pts

ISSN 1899–5276 (print)
ISSN 2451-2680 (online)
Periodicity – monthly

Download original text (EN)

Advances in Clinical and Experimental Medicine

2009, vol. 18, nr 3, May-June, p. 269–275

Publication type: original article

Language: English

Occurrence of Calcifying Nanoparticles in Clinical Specimens Derived from Patients with Atherosclerosis and Nephrolithiasis

Występowanie cząstek powodujących zwapnienia (calcifying nanoparticles) w materiałach pochodzących od pacjentów chorych na miażdżycę tętnic i kamicę nerk

Roman Franiczek1,, Krzysztof Szufnarowski2,, Anna Czarny3,, Ewa Zaczyńska3,, Barbara Krzyżanowska1,, Willy Hauser2,, Grażyna Mokracka−Latajka1,

1 Department of Microbiology, Wroclaw Medical University, Poland

2 General and Vascular Surgery Ward, Regional Specialist Hospital in Wrocław, Poland

3 Ludwik Hirszfeld Institute of Immunology and Experimental Therapy, Polish Academy of Sciences, Wrocław, Poland

Abstract

Objectives. The aim of the study was to evaluate the association between the occurrence of calcifying nanoparticles (CNPs) and extraskeletal calcification in patients diagnosed with atherosclerosis and nephrolithiasis.
Material and Methods. Atotal of 134 clinical specimens, including serum samples (n = 95), carotid artery plaques (n = 20), and kidney stones (n = 19), were cultured for CNPs. All the specimens were collected during a three−year period (2005–2007) from patients hospitalized in the Regional Specialist Hospital in Wrocław, Poland. The serum samples and carotid artery plaques were from patients with atherosclerosis and the kidney stones from patients with nephrolithiasis. Serum samples (n = 25) from healthy volunteer donors were used as a control. All the samples were cultured in Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM) supplemented with 10% γ−irradiated fetal calf serum under cell culture conditions. The presence of CNPs was visualized by scanning electron microscopy (SEM). The cytotoxic effect of CNPs on human and mouse cells was evaluated by the MTT colorimetric assay.
Results. SEM analysis of the biofilm adhering to the culture flask revealed coccoid−shaped and/or rod structures in 73 (54.5%) of the 134 specimens subjected to this study. The most positive results (65.3%) were obtained in the cultures derived from serum samples. Positive results were obtained in 25% of the carotid artery plaque and 31.6% of the kidney stone cultures. None of the 25 control serum samples were positive for CNPs. Attempts to propagate CNPs in fresh culture medium were unsuccessful. No cytotoxic effect of CNPs on human or mouse cell lines was shown.
Conclusion. The findings demonstrate that CNPs cannot be considered living entities although they may be involved in pathological processes leading to extraskeletal calcification in humans.

Streszczenie

Cel pracy. Celem badań było określenie związku między występowaniem cząstek wywołujących zwapnienia (CNP) a pozaszkieletowymi zwapnieniami u pacjentów zdiagnozowanych z miażdżycą tętnic (atherosclerosis) i kamicą nerek (nephrolithiasis).
Materiał i metody. Do hodowli CNP wykorzystano 134 materiały kliniczne obejmujące: próbki surowic (n = 95), blaszki miażdżycowe tętnic szyjnych (n = 20) oraz kamienie nerkowe (n = 19). Wymienione materiały pochodziły od pacjentów hospitalizowanych w Wojewódzkim Szpitalu Specjalistycznym we Wrocławiu (Polska), w latach 2005–2007. Próbki surowic oraz blaszki miażdżycowe tętnic szyjnych pochodziły od pacjentów z miażdżycą tętnic, kamienie nerkowe natomiast od pacjentów z kamicą nerkową. Grupę kontrolną stanowiły próbki surowic (n = 25) pochodzących od zdrowych dawców. Hodowlę badanych materiałów prowadzono w podłożu Dulbecco’s modified Eagle’s (DMEM) z dodatkiem 10% płodowej surowicy bydlęcej, sterylizowanej promieniami γ, z zastosowaniem warunków hodowli komórkowych. Obecność CNP wizualizowano w mikroskopie skaningowym (SEM). Aktywność cytotoksyczną wobec komórek ludzkich i mysich oznaczono metodą kolorymetryczną MTT.
Wyniki. Analiza skaningowa (SEM) biofilmu przylegającego do powierzchni naczyń hodowlanych wykazała obecność struktur ziarenkowatych i/lub pałeczkowatych w 73 (54,5%) spośród 134 badanych materiałów. Najwięcej dodatnich wyników (65,3%) uzyskano w hodowlach pochodzących z próbek surowic. W przypadku blaszek miażdżycowych tętnic szyjnych oraz kamieni nerkowych wynik pozytywny stwierdzono odpowiednio w 25 i 31,6% hodowlach. W żadnej z 25 surowic z grupy kontrolnej nie stwierdzono obecności CNP. Próby namnażania CNP w świeżym podłożu hodowlanym nie powiodły się. Nie wykazano również działania cytotoksycznego CNP wobec ludzkich i mysich linii komórkowych.
Wnioski. Wyniki badań przedstawionych w tej pracy wykazały, że CNP nie mogą być uważane za organizmy żywe, jakkolwiek struktury te mogą uczestniczyć w procesach patologicznych prowadzących do pozaszkieletowych zwapnień u ludzi.

Key words

calcifying nanoparticles (CNPs), nanobacteria (NB), calcification

Słowa kluczowe

cząstki powodujące zwapnienia (CNP), nanobakterie (NB), kalcyfikacja

References (33)

  1. Kajander EO, Çiftçioglu N: Nanobacteria: an alternative mechanism for pathogenic intraand extracellular calcification and stone formation. Proc Natl Acad Sci USA 1998, 95, 8274–8279.
  2. Folk RL: SEM imaging of bacteria and nanobacteria in carbonate sediments and rocks. J Sed Petrol 1993, 63, 990–999.
  3. Kajander EO, Kuronen I, Akerman KK, Pelttari A, Çiftçioglu N: Nanobacteria from blood, the smallest culturable autonomously replicated agents on Earth. Proc SPIE Int Soc Opt Eng 1997, 3111, 420–428.
  4. Bjorklund M, Çiftçioglu N, Kajander EO: Extraordinary survival of nanobacteria under extreme conditions. Proc SPIE Int Soc Opt Eng 1998, 3441, 123–129.
  5. Çiftçioglu N, Miller−Hjelle MA, Hjelle JT, Kajander EO: Inhibition of nanobacteria by antimicrobial drugs as measured by a modified microdilution method. Antimicrob Agents Chemother 2002, 46, 2077–2086.
  6. Çiftçioglu N, Kajander EO: Interaction of nanobacteria with cultured mammalian cells. Pathophysiology 1998, 4, 259–270.
  7. Çiftçioglu N, Bjorklund M, Kuorikoski K, Bergstrom K, Kajander EO: Nanobacteria: an infectious cause for kidney stone formation. Kidney Int 1999, 56, 1893–1898.
  8. Khullar M, Sharma SK, Singh SK, Bajwa P, Sheikh FA, Relan V, Sharma M: Morphological and immunological characteristics of nanobacteria from human renal stones of a north Indian population. Urol Res 2004, 32, 190–195.
  9. Wetterberg L, Nyborn R, Bratlid T, Fladby T, Olsson B, Wigzell H: Micrometer−sized particles in cerebrospinal fluid in patients with schizophrenia. Neuroscience Lett 2002, 329, 91–95.
  10. Wen Y, Li YG, Yang ZL, Wang XJ, Wei H, Liu W, Miao QW, Huang SF, Yang J, Kajander EO, Çiftçioglu N: Detection of nanobacteria in serum, bile and gallbladder mucosa of patients with cholecystolithiasis. Chin Med J 2005, 118, 421–424.
  11. Tsurumoto T, Matsumoto T, Yonekura A, Shindo H: Nanobacteria−like particles in human arthritic synovial fluids. J Proteome Res 2006, 5, 1276–1278.
  12. Kajander EO, Çiftçioglu N, Miller−Hjelle MA, Hjelle JT: Nanobacteria: controversial pathogens in nephrolithiasis and polycystic kidney disease. Curr Opin Nephrol Hypertens 2001, 10, 445–452.
  13. Kajander EO, Çiftçioglu N, Aho K, Garcia−Cuerpo E: Characteristics of nanobacteria and their possible role in stone formation. Urol Res 2003, 31, 47–54.
  14. Miller VM, Rodgers G, Charleworth JA, Kirkland B, Severson SR, Rasmussen TE, Yagubyan M, Rodgers JC, Cockerill FR, Folk RL, Rzewuska−Lech E, Kumar V, Farell−Baril G, Lieske JC: Evidence of nanobacterial−like structures in calcified human arteries and cardiac valves. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2004, 287, H1115–H1124.
  15. Jelic TM, Chang HH, Roque R, Malas AM, Warren SG, Sommer AP: Nanobacteria−associated calcific aortic valve stenosis. J Heart Valve Dis 2007, 16, 101–105.
  16. Hudelist G, Singer CF, Kubista E, Manavi M, Mueller R, Pischinger K, Czerwenka K: Presence of nanobacteria in psammoma bodies of ovarian cancer: evidence for pathogenic role in intratumoral biomineralization. Histopathology 2004, 45, 633–637.
  17. Altundag K, Altundag O, Akyurek S, Atik MA: Possible association between nanobacteria and malignant microcalcification in breast cancer. Brest J 2006, 12, 287.
  18. Shoskes DA, Thomas KD, Gomez E: Anti−nanobacterial therapy for men chronic prostatitis/chronic pelvic pain syndrome and prostatic stones: preliminary experience. J Urol 2005, 173, 474–477.
  19. Çiftçioglu N, McKay DS, Kajander EO: Association between nanobacteria and periodontal disease. Circulation 2003, 108, 8.
  20. Sommer AP: Peripheral neuropathy and light – preliminary report indicating prevalence of nanobacteria in HIV. J Proteome Res 2003, 2, 665–666.
  21. Carson DA: Nanobacteria: an infectious origin of extraskeletal calcification. Proc Natl Acad Sci USA 1998, 95, 7846–7847.
  22. Kajander EO, Çiftçioglu N: Growth factor of nanobacteria. Proc SPIE Int Soc Opt Eng 1997, 3755, 113–119.
  23. Tanner MA, Goebel BM, Dojka MA, Pace NR: Specific ribosomal DNA sequences from diverse environmental settings correlate with experimental contaminants. Appl Environ Microbiol 1998, 64, 3110–3113.
  24. Cisar JO, Xu DQ, Thompson J, Swaim W, Hu L, Kopecko DL: An alternative interpretation of nanobacteriainduced biomineralization. Proc Natl Acad Sci USA 2000, 97, 11511–11515.
  25. Maniloff J, Nealson KH, Psenner R, Loferer M, Folk RL: Nanobacteria: size limits and evidence. Science 1997, 276, 1773–1776.
  26. Kajander EO: Nanobacteria – propagating calcifying nanoparticles. Lett Appl Microbiol 2006, 42, 549–552.
  27. Martel J, Young JD: Purported nanobacteria in human blood as calcium carbonate nanoparticles. Proc Natl Acad Sci USA 2008, 105, 5549–5554.
  28. Drancourt M, Jacomo V, Lepidi H, Lechevallier E, Grisoni V, Coulange C, Ragni E, Alasia C, Dussol B, Berland Y, Raoult D: Attempted isolation of Nanobacterium sp. microorganisms from upper urinary tract stones. J Clin Microbiol 2003, 41, 368–372.
  29. Cotmore JM, Nichols GJ, Wuthier RE: Phospholipids−calcium phosphate complex: enhanced calcium migration in the presence of phosphate. Science 1971, 172, 1339–1341.
  30. Benzerara K, Miller VM, Barell G, Kumar V, Miot J, Brown GEJr, Lieske JC: Search for microbial signatures within human and microbial calcifications using soft x−ray spectromicroscopy. J Investig Med 2006, 54, 367–379.
  31. Raoult D, Drancourt M, Azza S, Kajander EO, Nappez C, Guieu R, Rolain JM, Fourquet P, Campagna B, La Scola B, Mege JL, Mansuelle P, Lechevalier E, Berland Y, Gorvel JP, Renesto P: Nanobacteria are mineralo fetuin complexes. PLoS Pathog 2008, 4, e41.
  32. Sedivy R, Battistutti WB: Nanobacteria promote crystallization of psammoma bodies in ovarian cancer. APMIS 2003, 111, 951–954.
  33. Hjelle JT, Miller−Hjelle MA, Poxton IR, Kajander EO, Çiftçioglu N, Jones ML, Caughey RC, Brown R, Millikin PD, Darras FS: Endotoxin and nanobacteria in polycystic kidney disease. Kidney Int 2000, 57, 2360–2374.
© Wroclaw Medical University