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廖建泓
- 1. 成功大学医学院骨关中心实习报告 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!