骨骼再生一直是再生醫學領域中的重點關注。最近，有科學家通過高頻聲波處理，成功將幹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 天就完成了這一轉化，還能減輕患者疼痛 —— 不從骨髓、從脂肪裡也能抽取到所需幹細胞。

△綠色部分為轉化後的骨細胞，放大倍數：60

目前，這項成果發表在材料期刊《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，就可以誘導幹細胞做出相應反應，實現到骨細胞的分化。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 7 天。

本次研究中，科學家用 10MHz 的奈米級振幅高頻聲波，每天 10 分鐘，連續 5 天就成功誘導間充質幹細胞（MSC）分化成為了骨細胞。具體表現為早期成骨標誌物（RUNX2、COL1A1）的顯著上調和後期標誌物（骨鈣素、骨橋蛋白）的持續增加。

下圖為第 3 天的結果，用熒光影象呈現，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 幹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，該方法後續不需要新增額外的“骨誘導”藥物，保證細胞的安全性，可以直接注射到受傷部位，或塗在植入物上，試驗骨骼再生。

實驗中用到的高頻聲波是在研究人員開發的低成本微晶片裝置上產生的，它可以在正確的位置向細胞施加適當的壓力、觸發分化過程。

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）發出，細胞就在玻璃培養皿中薄薄的一層矽油中被促成分化。

看起來相當小巧便攜了。而且據研究人員介紹，該晶片成本只要 1 美元 —— 而以往的低頻聲波轉換方法用到的裝置體積大，操作複雜不說，成本也相當高，難以大規模生產應用到臨床。

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模，便於促成更高效的幹細胞分化過程。因此，他們下一步的計劃就是改進裝置，使它能夠提升“生產規模”，變成更實用的轉換器。

論文地址：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202106823

參考連結：

https://www.rmit.edu.au/news/all-news/2022/feb/sound-waves-stem-cells