骨骼再生一直是再生醫(yī)學領域中的重點關注。最近，有科學家通過高頻聲波處理，成功將干細胞分化為了骨細胞。
該方法不僅能縮短治療時間 —— 研究人員只用了 5 天就完成了這一轉(zhuǎn)化，還能減輕患者疼痛 —— 不從骨髓、從脂肪里也能抽取到所需干細胞。
△ 綠色部分為轉(zhuǎn)化后的骨細胞，放大倍數(shù)：60
目前，這項成果發(fā)表在材料期刊《Small》，研究人員來自皇家墨爾本理工大學。
每天 10 分鐘高頻聲波刺激
骨骼再生中的一個關鍵挑戰(zhàn)就是獲得大量骨細胞。好在直接用外部物理刺激，就可以誘導干細胞做出相應反應，實現(xiàn)到骨細胞的分化。不過一直以來，科學家們嘗試的都是用低頻聲波（<1kHz）來完成這一刺激過程，這一方法通常需要至少連續(xù) 7 天。
本次研究中，科學家用 10MHz 的納米級振幅高頻聲波，每天 10 分鐘，連續(xù) 5 天就成功誘導間充質(zhì)干細胞（MSC）分化成為了骨細胞。具體表現(xiàn)為早期成骨標志物（RUNX2、COL1A1）的顯著上調(diào)和后期標志物（骨鈣素、骨橋蛋白）的持續(xù)增加。
下圖為第 3 天的結(jié)果，用熒光圖像呈現(xiàn)，其中第一行為對照組，第二行為實驗組，綠色代表 RUNX2 和 COL1A1 的表達。
實驗中用到的 MSC 干細胞除了在骨髓中提取，也可以在脂肪中提取，因此可以減輕患者多次取骨髓細胞的生理痛苦和心理壓力。除此之外，該方法后續(xù)不需要添加額外的“骨誘導”藥物，保證細胞的安全性，可以直接注射到受傷部位，或涂在植入物上，試驗骨骼再生。
實驗中用到的高頻聲波是在研究人員開發(fā)的低成本微芯片設備上產(chǎn)生的，它可以在正確的位置向細胞施加適當?shù)膲毫?、觸發(fā)分化過程。
具體裝置也很簡單：
10MHz 的高頻聲波（綠色部分）通過光刻在鈮酸鋰晶體（LiNbO3）基片上的叉指換能器（IDT）發(fā)出，細胞就在玻璃培養(yǎng)皿中薄薄的一層硅油中被促成分化。
看起來相當小巧便攜了。而且據(jù)研究人員介紹，該芯片成本只要 1 美元 —— 而以往的低頻聲波轉(zhuǎn)換方法用到的設備體積大，操作復雜不說，成本也相當高，難以大規(guī)模生產(chǎn)應用到臨床。
論文的通訊作者 Leslie Yeo 教授則補充道：他和團隊花了得有十年研究高頻聲波與不同材料之間的相互作用。
如今，這樣的裝置很容易擴大規(guī)模，便于促成更高效的干細胞分化過程。因此，他們下一步的計劃就是改進裝置，使它能夠提升“生產(chǎn)規(guī)?！?，變成更實用的轉(zhuǎn)換器。
論文地址：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202106823
參考鏈接：
https://www.rmit.edu.au/news/all-news/2022/feb/sound-waves-stem-cells
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