多能干細(xì)胞安全誘導(dǎo)新方法，加速人源胚胎干細(xì)胞向神經(jīng)元分化

目前，隨著醫(yī)學(xué)、生物技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展，再生醫(yī)學(xué)已經(jīng)成為一種研究多種疾病可能的學(xué)科平臺，包括因年齡、疾病或創(chuàng)傷而受損的組織和器官，以及先天性缺陷均有望通過再生醫(yī)學(xué)得以“治好”。另外，再生醫(yī)學(xué)平臺還為傳統(tǒng)藥物開發(fā)提供了全新的藥物篩選及毒理評價體系，開啟了廣泛醫(yī)藥開發(fā)的全新思路。

此次研究團(tuán)隊所做的工作，也旨在進(jìn)一步開拓新技術(shù)在再生醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。

通過將柔性印刷電路板  (FPCB) 直接夾在壓電基板上來實現(xiàn)產(chǎn)生表面聲波  (SAW) 的細(xì)胞刺激器 （FSCS） ，并研究其對人源胚胎干細(xì)胞 （hESCs） 向神經(jīng)元分化的影響。

FPCB使用的是柔性材料，具有良好的機(jī)械性能，可以在高溫、高壓等惡劣工況下使用。由此加工后的細(xì)胞刺激器可以長時間放置于培養(yǎng)箱中且保持工作的穩(wěn)定。

而柔性FPCB與壓電材料通過物理方法形成緊密健合后，能有效地生成SAW。所謂的SAW是一種能量集中于表面的超聲波，特別適合與表面貼壁細(xì)胞發(fā)生作用。通過優(yōu)化控制參數(shù)，SAW在干細(xì)胞培養(yǎng)基中產(chǎn)生了極高速度的液流，使培養(yǎng)體系中的溶解性物質(zhì)與細(xì)胞之間的物質(zhì)傳遞速率極大提高。

值得一提的是，目前，SAW器件通常是通過光刻工藝制造的，比如在鈮酸鋰（LiNbO 3  ）等壓電基板上加工圖案化叉指換能器 （IDT） 。

而為了在未來再生醫(yī)學(xué)的應(yīng)用中，盡量減少對制備 SAW 設(shè)備的潔凈室設(shè)施的強(qiáng)烈依賴，此次研究團(tuán)隊還探索了一種全新的技術(shù) ——基于 FPCB SAW 的細(xì)胞刺激 （FSCS） 器件。

研究結(jié)果顯示，使用FSCS器件可以減少刺激時間并更為適應(yīng)細(xì)胞培養(yǎng)的特殊環(huán)境。SAW的能量、頻率也更為可控，其波長與細(xì)胞大小接近，可以直接對細(xì)胞進(jìn)行操控。

對SAW的工作參數(shù)，進(jìn)行了完全按照干細(xì)胞分化所需的能量“量身定做”，在細(xì)胞上形成每秒幾千萬次的微波振動而激發(fā)干細(xì)胞的活性。同時，通過優(yōu)化控制參數(shù)，SAW在干細(xì)胞培養(yǎng)基中產(chǎn)生了極高速度的液流，使生化因子與細(xì)胞之間的物質(zhì)傳遞速率極大提高。

其中，裝置中 SAW 和培養(yǎng)基之間的相互作用可以通過數(shù)值和分析模型來解釋，來自 PDMS-LiNbO3-流體接觸點的邊緣波和平面波的參數(shù)由下面的模型確定：θR=sin-1（C1/C2）；對于SAW邊界條件則由下式確定：ν=-