聲波刺激就可長(zhǎng)出新骨頭？每天只需10分鐘，干細(xì)胞5天快速分化，芯片裝置只需1美元

豐色 2022-03-02 14:25:20 來(lái)源：量子位

骨骼再生一直是再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的重點(diǎn)關(guān)注。

最近，有科學(xué)家通過(guò)高頻聲波處理，成功將干細(xì)胞分化為了骨細(xì)胞。

該方法不僅能縮短治療時(shí)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(xì)胞。

△?綠色部分為轉(zhuǎn)化后的骨細(xì)胞，放大倍數(shù)：60

目前，這項(xiàng)成果發(fā)表在材料期刊《Small》，研究人員來(lái)自皇家墨爾本理工大學(xué)。

每天10分鐘高頻聲波刺激

骨骼再生中的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)就是獲得大量骨細(xì)胞。

好在直接用外部物理刺激，就可以誘導(dǎo)干細(xì)胞做出相應(yīng)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)到骨細(xì)胞的分化。

不過(guò)一直以來(lái)，科學(xué)家們嘗試的都是用低頻聲波（<1kHz）來(lái)完成這一刺激過(guò)程，這一方法通常需要至少連續(xù)7天。

本次研究中，科學(xué)家用10MHz的納米級(jí)振幅高頻聲波，每天10分鐘，連續(xù)5天就成功誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）分化成為了骨細(xì)胞。

具體表現(xiàn)為早期成骨標(biāo)志物（RUNX2、COL1A1）的顯著上調(diào)和后期標(biāo)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(duì)照組，第二行為實(shí)驗(yàn)組，綠色代表RUNX2和COL1A1的表達(dá)。

實(shí)驗(yàn)中用到的MSC干細(xì)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(xì)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(dǎo)”藥物，保證細(xì)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(yàn)骨骼再生。

實(shí)驗(yàn)中用到的高頻聲波是在研究人員開(kāi)發(fā)的低成本微芯片設(shè)備上產(chǎn)生的，它可以在正確的位置向細(xì)胞施加適當(dāng)?shù)膲毫?、觸發(fā)分化過(guò)程。

具體裝置也很簡(jiǎn)單：

10MHz的高頻聲波（綠色部分）通過(guò)光刻在鈮酸鋰晶體（LiNbO3）基片上的叉指換能器（IDT）發(fā)出，細(xì)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(lái)相當(dāng)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(shè)備體積大，操作復(fù)雜不說(shuō)，成本也相當(dāng)高，難以大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用到臨床。

論文的通訊作者Leslie Yeo教授則補(bǔ)充道：

他和團(tuán)隊(duì)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(kuò)大規(guī)模，便于促成更高效的干細(xì)胞分化過(guò)程。

因此，他們下一步的計(jì)劃就是改進(jìn)裝置，使它能夠提升“生產(chǎn)規(guī)模”，變成更實(shí)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