一种简单、无创的超声疗法有朝一日可能帮助受损关节愈合，使其免于陷入破坏性炎症的循环。阿拉巴马大学亨茨维尔分校的研究人员发现，连续低强度超声能够促使名为巨噬细胞的关键免疫细胞从炎症状态转变为支持组织修复的状态。
这项发表在自然期刊《科学报告》上的研究由化学与材料工程教授 Anuradha Subramanian 博士领导。该研究结合了 Shahid Khan 博士在其博士期间进行的生物学研究，以及数学科学教授 Satyaki Roy 博士开发的计算和统计分析，研究生 Owen Trippany 也做出了贡献。该研究由美国国立卫生研究院通过授予 Subramanian 的 R01 基金资助。
超声波如何影响免疫细胞
团队重点关注巨噬细胞，这是一种在炎症和组织修复中都起关键作用的特化免疫细胞，旨在了解它们如何对连续低强度超声波做出反应。
“受伤后，身体会招募炎性‘防御者’巨噬细胞（M1）来清除受损组织，并招募‘治愈者’巨噬细胞（M2）来支持修复和恢复，”Subramanian 解释道。“防御者巨噬细胞的持续主导地位会产生长期的炎症环境，从而导致创伤后骨关节炎。”
研究人员想要确定超声波是否能促使这些免疫细胞从炎症状态转变为促进愈合的状态。
“在‘M1’状态下，巨噬细胞促进炎症以对抗损伤或感染，但长期的 M1 活动也会损害健康组织，”Subramanian 指出。“相比之下，‘M2 样’巨噬细胞支持组织修复和恢复。将巨噬细胞转变为 M2 样状态非常重要，因为这可能有助于减少慢性炎症，同时促进受损关节的愈合。我们的研究结果表明，连续低强度超声波可能通过促进更具修复性的巨噬细胞反应来帮助恢复这种平衡。”
Roy 表示，慢性炎症是创伤后骨关节炎发展的一个主要因素。
“创伤后骨关节炎的部分成因是持续性炎症，它限制了组织修复并加速了关节退化，”Roy 补充道。“我们团队对连续低强度超声波感兴趣，因为它提供了一种非药物、非侵入性的方法，可能有助于调节免疫细胞行为，并在受损关节中促进更具修复性的愈合环境。”
更真实的关节损伤模型
为了更好地重现受损关节内部的条件，研究人员使用了纤维连接蛋白片段——即受损组织分解时产生的分子——而不是仅使用传统的实验室方法来触发炎症。这种方法建立了一个更能反映关节损伤后形成的生物环境的模型。
团队还将转录组学（对基因活性的大规模研究）与一种称为差异聚类的先进计算方法相结合。该技术不是逐个分析基因，而是识别行为共同变化的基因组，从而提供了免疫细胞如何对超声波治疗做出反应的更广阔图景。
“这使我们不仅能够研究哪些基因发生了变化，还能研究基因组如何改变其协同行为以响应超声波刺激，”Roy 说。
早期结果显示炎症减轻
研究人员发现，连续低强度超声波降低了与炎症相关的生物标志物，同时增加了与更具修复性的 M2 样巨噬细胞状态相关的标志物。
尽管该研究仍局限于实验室实验，但研究结果表明，非药物、非侵入性技术最终可能被用于影响免疫细胞行为并改善关节损伤后的愈合。研究人员认为，该技术可能成为未来治疗方案的一部分，旨在减缓骨关节炎的进展并改善关节创伤后的恢复。
“接下来的步骤将涉及在早期创伤后骨关节炎动物模型中验证这些发现，并研究基于超声波的调节如何影响关节损伤环境下的长期组织修复，”Subramanian 说。