廖建泓
- 1. 成功大學醫學院骨關中心實習報告
單一脈衝式電磁場對人類骨髓間葉
幹細胞骨分化之影響
長榮大學生物科技學系 廖建泓
指導:賴國安醫師、王仰高博士、林摯鈞 成大醫學院 骨關中心
摘要
脈衝式電磁場(Pulsed electromagnetic field;PEMF)從構想到動物實驗、臨床醫學乃至於現在生活
中有很多的應用,因此本實驗主要探討SPEMF刺激對於人類骨髓間質幹細胞之生長及成骨分化的調控
。SPEMF刺激可在短時間內刺激細胞的生長。在成骨分化方面,SPEMF亦可在三周後明顯的促進細
胞的礦質化產生。此結果顯示,SPEMF的確可作用於人類骨髓間質幹細胞並調控細胞之生長及成骨分
化。未來可作為骨科方面疾病治療的一個參考依據。
以PEMF為基礎而創造的單一脈衝式電磁場(single Pulsed electromagnetic field;SPEMF)是否為新
一代的物理性刺激研究方向,且能成為新一代的更有效率的治療骨折等相關骨方面疾病的方法。
實驗原理 實驗方法 實驗步驟
有鑑於人類或動物會因年齡的增長 1. 人類間葉幹細胞之培養。
而身體機能如代謝、細胞之新生替換以 2. 誘導分化。
及骨質疏鬆等等的問題也都陸續的以不 3. 加入PEMF對細胞進行刺激。
同形式表現出來,而骨分化就是我們要 • 單一波間隔為5秒,創造出之瞬
著重深入去進行研究的方向。 間電磁脈衝磁場為1 Tesla,而
物理性的刺激,相較於化學性的刺 其中1 Tesla=10000 Gauss,每
激來的看似較安全但卻不一定效果會比 天刺激30次,大約2分30秒內
較緩慢的出現,而當今可應用於日常生 Figure 1. 細胞誘導分化 Figure 2. SPEMF刺激儀器 完成刺激。
活中的物理性刺激有laser、R-ray和電磁
脈衝(PEMF,plused electromagnetic 4. 觀察細胞變化。
field)。 • 刺激達15和20天時觀察基質礦
實驗結果 化的程度。
間葉幹細胞為多能性幹細胞,可於
體外培養且具為有分化為軟骨、硬骨、 一. • 刺激達1和3和5天時進行MTT分
脂肪、肌肉、肌腱與骨基質能力的趨向 析以及ALP活性的測試。
可看出基質礦
2
細胞。 1.8
1.6
化程度於15天時差
骨母細胞分化成骨細胞的過程可分 1.4
1.2 Ctrl 異度不大,但是到
為幾個間期,先是細胞的增生期(proli- 1
S1
結論
0.8
S2
S3 了20天時不僅礦化
feration stage),而後是細胞的骨基質成
程度高,可看到不
0.6
熟期(matrix maturation),而最後的是 0.4
PEMF刺激15天以及20天的礦
0.2
化結果看來,15天以上為顯著性 同波型造成礦化程
細胞的礦化期(mineralization),而礦化期 0
度的差異性更為明
Day 15 Day 20
間發育成熟的骨母細胞將會分化為骨前 Figure 3. 以PEMF刺激15天和礦質化的觀察期,20天時將會有
很顯著的結果產生,因為可以有 顯。
趨細胞(preosteocyte),再逐漸分化為骨 20天的基質礦化程度
細胞,經過這幾個階段發展後的骨母細 效的促進骨基質的成熟,這證明
胞才能分化成為骨細胞。 藉由PEMF來進行刺激對MSCs的
二.
在骨母細胞完全分化為骨細胞的期 骨分化趨向會有促進的效果,且
不論是用何種
1.2
使用最正確波型的波(S3)去進
間,會分泌一些有機物質依發展時期列
波形來刺激細胞生 1
行刺激,顯著性將會有明顯的提
出如:膠原蛋白(collagen type I)、鹼
長,在最早期(Day
0.8
升。
性磷酸酶(alkaline phosphatase/ALP)、 Ctrl
1)都能有效地促進
0.6
S3可能為促進骨分化的最有
S1
S2
osteoclacin、osteonectin .. S3
細胞的生長,但是0.4
效率的波型,因為S3所創造的細
脈衝式電磁場(pulsed electromag-
隨著處理天數增加, 胞活性提升效果很顯著,在刺激
0.2
netic fields, PEMF),他能造成骨母細胞
刺激細胞生長的能 0
第一天後就比其他兩個波型有1倍
中重要蛋白質─BMPs的生成。 Day 1 Day 3 Day 5
力便都趨緩。 以上提升細胞活性的差異性,儘
Figure 4. 以PEMF刺激1/3/5天
電磁刺激可以促進骨質生成而幫助 後MTT分析細胞之生物活性
骨折時骨質之癒合。 管提升細果衰退很快,但其創造
的提升效果卻是效率的表現,可
誌謝 以佐證可能波型S3比起其他兩個
波型,有著更快速的、更有效率
感謝實習單位的給予加入參與實驗,也感謝賴醫師及王博士的引導,讓我有機
的提高細胞活性,亦即骨分化趨
會遇見未曾有過的領域去進行實驗操作與學習,帶領我的老師和學姊很nice也很可
向開始的推進。
愛,非常有耐心的教導我許多他可能覺得我是白癡的常識及問題,還有單位中的許
多學長姊們的搞笑功力與包容力,讓我大學期間的最後一個暑假過得很充實愉快,
謝謝!