电磁场的应用与研究进展

随着生物医学工程学发展,物理疗法已经成为当前疾病治疗一个重要手段,因此电磁场治疗及生物电磁的研究成为当前热点。特别是在骨病等相关领域的研究,研究发现电磁场能有效的治疗和预防骨质疏松症。因此本文就电磁场治疗以及机理研究方面进行综述。     

不同干预时间正弦电磁场对大鼠骨髓基质干细胞成骨性分化的影响

目的:研究不同治疗时间正弦电磁场(50 Hz,1.8mT)对体外培养大鼠骨髓间充质干细胞成骨性分化的影响,筛选出最佳临床治疗时间.方法:采用贴壁筛选法培养原代大鼠骨髓间充质干细胞,每天在频率为50 Hz,强度为1.8 mT的磁场环境中处理0.5 h、1.0h、1.5 h、2.0h和2.5h;同时设立未经电磁场处理的细胞作为对照组.于处理后的第3 d、6d、9d和12 d分别测定细胞碱性磷酸酶活性、骨钙素分泌量、钙化结节数以及Ⅰ型胶原表达量,并比较各组间差异;于处理后12 h提取细胞总RNA,用RT Real-Time PCR法检测成骨性分化基因Osterix表达情况.结果:正弦电磁场干预1.0h能明显促进骨髓间充质干细胞的成骨性分化,表现在该组的碱性磷酸酶活性、骨钙素分泌量、钙化结节数、Ⅰ型胶原表达量以及成骨性分化基因的表达量最高,亦显著高于对照组(P＜0.05).结论:50Hz、1.8mT强度的正弦电磁场能促进骨髓间充质干细胞的成骨性分化,以作用1.0h成骨效果最为明显.     

50Hz正弦交变电磁场促进体外培养成骨细胞分化成熟的双“强度窗”效应

为研究频率为50 Hz不同强度正弦交变电磁场对体外培养成骨细胞分化及基因表达的影响,体外分离培养大鼠颅骨成骨细胞,传代后随机分为15组,分别用频率50 Hz、强度为0 mT(对照)和0.9～4.8 mT(每组间隔0.3 mT)的正弦交变电磁场处理。发现:正弦交变电磁场处理3～5 d后,成骨细胞呈漩涡样分布;第9 d,1.8和3.6 mT组的碱性磷酸酶活性极显著高于对照组;第0、12、24和96 h,1.5、1.8、3.0和3.6 mT组碱性磷酸酶、骨形态发生蛋白-2和Osterix基因表达水平显著高于对照组;第10 d,1.8和3.6 mT组钙化结节数明显多于对照组。说明50 Hz、0.9～4.8 mT的正弦交变电磁场能促进体外培养成骨细胞分化成熟,并且具有较明显的双强度窗效应,其中1.8和3.6 mT作用最为明显。     

不同强度静电磁场对体外培养骨髓间充质干细胞增殖与分化的影响

本实验研究不同强度静电磁场对体外培养大鼠骨髓间充质干细胞增殖与分化作用. 体外分离培养大鼠骨髓间充质干细胞,传代后随机分为6组,分别用强度为0（对照组）、0.9、1.2、1.5、1.8和2.1 mT的静电磁场处理,每d每次处理30 min. 在磁场处理后的9~10 d ,骨髓间充质干细胞开始出现钙化小颗粒. 0.9 mT组抑制骨髓间充质干细胞增殖,1.5到2.1mT组促进骨髓间充质干细胞增殖. 在磁场处理后的12 d和15 d ,1.5和1.8 mT组极显著地增加了碱性磷酸酶(AKP)活性. 采用AKP组织化学染色和钙化结节染色对骨髓间充质干细胞成骨性分化进行鉴定,AKP组织化学染色和钙化结节染色都呈现了极强的阳性结果,尤以1.5 mT和1.8 mT阳性染色面积最大. 在SEMFs处理后的48 h 和96 h ,1.5 mT和1.8 mT组胶原I(collagen-Ⅰ)和骨形态发生蛋白2(bone morphogenetic protein-2, Bmp-2) 基因表达水平显著高于对照组.在SEMFs处理后的12 d, BMP-2蛋白表达量高于对照组. 研究表明,0.9 mT 组抑制骨髓间充质干细胞增殖,1.5 mT到2.1 mT组不同强度静电磁场促进体外培养骨髓间充质干细胞的增殖. 磁场组能促进骨髓间充质干细胞成骨性分化,其中尤以1.5 mT和1.8 mT组促进大鼠骨髓间充质干细胞分化作用效果最为明显.     

50Hz 1．8mT电磁场对成骨细胞增殖与分化成熟影响的波形比较研究

在50 Hz 1.8 mT的4种不同波形电磁场(electromagnetic fields,EMFs)中筛选促进体外培养大鼠成骨细胞(rat osteoblasts,ROB)增殖与分化成熟的最佳波形.体外分离培养大鼠颅骨成骨细胞,传代后随机分为5组,分别用频率50 Hz,EMFs强度为0 mT(对照组)和1.8 mT的正弦波、三角波、方波和锯齿波处理ROB,30 min/(次.天).在磁场处理后4～8天细胞呈现特征样分布.方波促进成骨细胞增殖,正弦波抑制成骨细胞增殖.三角波和正弦波增加ALP活性,其中ALP染色、茜素红钙化结节染色和胶原Ⅰ(collagen-Ⅰ)免疫组织化学检测结果与ALP活性一致.在EMFs处理后的24 h、96 h和72 h后EMFs分别提高Runx-2、Opg和Igf基因表达水平,其中尤以正弦波和三角波作用最为显著.上述结果表明:50 Hz 1.8 mT方波促进成骨细胞增殖,正弦波抑制成骨细胞增殖.50 Hz 1.8 mT EMFs能促进体外培养成骨细胞分化成熟,其中尤以正弦波和三角波促进成骨细胞分化成熟作用最为显著.     

正弦波电磁场激活一氧化氮信号通路促进大鼠成骨细胞成熟与矿化

研究正弦波电磁场(SEMF)促进成骨细胞成熟矿化是否与一氧化氮(NO)信号通路相关.首先检测成骨细胞经正弦电磁场作用0h、0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h和4h后一氧化氮合酶(NOS)的活性,以探明电磁场是否影响NO的合成;其次,在细胞培养液中加入NOS的阻断剂L-NAME以阻断NO信号通路,观察电磁场促进骨形成作用是否受到影响.结果发现,经正弦波电磁场处理后,NOS活性升高,在0.5h达到峰值,与空白对照组差异极显著(P<0.01),Osterix基因的表达量、碱性磷酸酶活性和钙化结节数等均显著高于对照组.L-NAME组各项指标均低于空白对照组,SEMF+L-NAME组则略高于空白对照组而低于SEMF组.以上结果表明SEMF促进成骨细胞成熟矿化过程中NO信号通路被激活,如该通路被抑制,则SEMF的促成骨作用被抵消.