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为探究低强度脉冲超声（LIPUS）对皮肤细胞的影响，研究人员以人角质形成细胞 HaCaT 和肿瘤性 SK-MEL-28 皮肤细胞为对象展开研究。结果发现 LIPUS 会诱导基因组损伤、影响细胞骨架和细胞连接蛋白。这为进一步研究 LIPUS 的生物效应奠定了基础。
在医学领域，超声技术的应用越来越广泛，其中低强度脉冲超声（LIPUS）凭借其非侵入性和潜在的治疗效果，备受关注。LIPUS 能在不产生显著热效应的情况下，对细胞和组织施加机械刺激，在骨折愈合、软组织再生和神经调节等方面展现出一定潜力。然而，目前人们对 LIPUS 在细胞层面的作用机制了解有限。一方面，现有研究中使用的 LIPUS 实验方案和参数差异较大，难以得出明确结论；另一方面，不同细胞对 LIPUS 的反应存在差异，其作用于细胞后引发的短期变化也尚不清晰。为了填补这些知识空白，来自意大利多个研究机构的研究人员开展了相关研究。
研究人员选取了人角质形成细胞 HaCaT（一种常用的体外角质形成细胞屏障模型，与 LIPUS 直接接触）和肿瘤性 SK-MEL-28 皮肤细胞，让它们接受 1 小时 1MHz 的 LIPUS 处理，研究其对细胞的即时影响，包括细胞遗传学终点、连接蛋白和中间丝的反应，以及可能的短期增殖效应。
在研究过程中，研究人员采用了多种关键技术方法。细胞培养技术，将 HaCaT 和 SK-MEL-28 细胞在特定培养基中培养，为后续实验提供细胞样本 ；LIPUS 暴露技术，使用特定的超声设备，让细胞在不同强度的 LIPUS 下暴露 1 小时；细胞遗传学检测技术，如胞质分裂阻滞微核试验（Cytokinesis-block Micronucleus test），评估基因组损伤；免疫荧光分析和 Western blot 分析技术，用于检测相关蛋白的表达和分布变化。
研究结果如下：
- 对基因组完整性的影响：通过胞质分裂阻滞微核试验发现，HaCaT 细胞经 LIPUS 处理后，CREST 阳性（MN+）微核频率显著增加，表明染色体发生了错误分离，这可能是由于 LIPUS 作用于由微管组成的有丝分裂纺锤体，使微管蛋白解聚，导致纺锤体异常。在 SK-MEL-28 细胞中，MN+频率也有所增加，但与未处理组相比差异不显著。
- 对肌动蛋白丝分布、细胞附着和形态的影响：利用免疫荧光标记 F - 肌动蛋白，结合共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）和荧光显微镜观察发现，LIPUS 处理后，HaCaT 和 SK-MEL-28 细胞的 F - 肌动蛋白丝组织发生改变，表现为在核周和膜周区域扩散和增厚，但 F - 肌动蛋白含量未变。扫描电子显微镜（FE-SEM）分析进一步证实，HaCaT 细胞在 LIPUS 处理后，细胞突起和微绒毛逐渐收缩、变平，细胞间连接出现断裂，且这些变化与超声强度相关。
- 对黏着连接和桥粒的影响：Western blot 分析显示，在 HaCaT 细胞中，LIPUS 处理后 β- 连环蛋白（β-catenin）水平显著增加，而 E - 钙黏蛋白（E-cadherin）水平未明显变化；在 SK-MEL-28 细胞中，二者均无显著变化。在桥粒方面，HaCaT 细胞经 LIPUS 处理后，桥粒蛋白水平下降，且在细胞内的分布发生改变；SK-MEL-28 细胞则无明显变化。
- 对细胞角蛋白表达和分布的影响：在 HaCaT 细胞中，LIPUS 处理后细胞角蛋白水平增加，且分布更靠近细胞核；SK-MEL-28 细胞仅细胞角蛋白表达增加，分布未受影响。
- 对细胞增殖的影响：通过评估双核细胞（BNC）占总细胞的百分比，发现 LIPUS 处理导致细胞增殖呈剂量依赖性下降。在 HaCaT 细胞中，85mW/cm2处理组的有丝分裂指数显著增加，而 SK-MEL-28 细胞无明显变化。同时，两组细胞的后期 - 末期 / 前期 - 中期比值（A + T / P + M）均呈剂量依赖性下降。此外，研究还发现 LIPUS 处理后，细胞周期蛋白 B1（Cyclin B1）水平下降，半胱天冬酶 - 3（Caspase-3）水平增加，这表明细胞可能发生了有丝分裂延迟和凋亡。
研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了 LIPUS 对皮肤细胞的多种短期影响。LIPUS 会导致染色体错误分离，影响细胞骨架和细胞连接蛋白，进而改变细胞形态和黏附能力。不同细胞系对 LIPUS 的反应存在差异，HaCaT 细胞的变化可能与细胞的恢复现象有关，而 SK-MEL-28 细胞在 LIPUS 处理后，E-cadherin 表达增加，且桥粒和角蛋白表达无显著变化，其增殖的剂量依赖性下降可能使 LIPUS 在作为抗肿瘤药物方面具有一定研究价值。此外，研究还发现 LIPUS 的作用可能与细胞周期阶段有关。然而，目前仍有许多问题有待进一步研究，如 SK-MEL-28 细胞对 LIPUS 相对较低的敏感性机制，以及基因组损伤与细胞骨架蛋白弹性反应之间的相互作用等。未来需要对同步化细胞进行研究，并改变 LIPUS 的暴露时间，同时开展体内实验，以更全面地了解 LIPUS 的生物学效应。该研究为深入理解 LIPUS 的作用机制提供了重要依据，对开发基于 LIPUS 的治疗方法具有重要意义，相关成果发表在《Scientific Reports》上。
