维普资讯 http://www.cqvip.com 国外医学生物医学工程分册 ２００２年第２５卷第４期 ・１６９・ ［１ ６］Ｓｃｈｅｎａ Ｍ．Ｓｈａｌｏｎ Ｄ，Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｇｅｎｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｗｉｔｈ ａ ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ＤＮＡ ｍｉ— ｇｅｓｔ，２０００，５３１’５３２． Ｐａｕｌ Ｓ，Ｒｉｃｈａｒｄ Ｇ，Ｅｕｇｅｎｅ Ａ，Ｆｕｌｌｙ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ ＣＭＯＳ ［１９］ ｃｒｏａｒｒａｙ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９５，２７０：４６７—４７０． ［１７］Ｗｅｌｆｏｒｄ ＳＭ，Ｇｒｅｇｇ Ｊ，Ｃｈｅｍ Ｅ，ｅｔ ａ１．Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｆ． ｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙ ｅｘｐｒｅｓｓｅｄ ｇｅｎｅｓ ｉｎ ｐｒｉｍａｒｙ ｔｕｍｏｒ ｔｉｓｓｕｅｓ ｕｓｉｎｇ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎａｌ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｃｏｕｐｌｅｄ ｔＯ ｂｉｏｃｈｉｐ ｆｏｒ ＤＮＡ ａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ． Ｂ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ，２０００，２２—３０． ［２Ｏ］ 马立人．生物芯片［Ｊ］．现代科学仪器，１９９９，３：３－８． Ｂｅｌｇｒａｄｅｒ Ｐ，Ｂｅｎｅｔｔ Ｗ［２１］ ，Ｈａｄｌｅｙ Ｄ，ｅｔ ａ１．Ｉｆｅｃｔｉｏｕｓ ｄｉｓ． ｍｉｃｒｏａｒｒａｙ ｈｙｄｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓｅａｃｈ， １９９８，２６（１２）：３０５９—３０６５． ｅａｓ：ＰＣＲ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｂａｃｔｅｒｉａ ｉｎ ｓｅｖｅｎ ｍｉｎｕｔｅｓ［Ｊ］． Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１９９８，４４：２１９１－２１９４． ［１８］Ｇｏｕｒｌｅｙ ＰＬ，ＭｃＤｏｎａｌｄ ＡＥ，Ｈｅｎｄｒｉｃｋｓ ＪＫ．Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｃａｎｃｅｒ ｑｕｉｃｋｌｙ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ，Ｐａｃｉｆｉｃ Ｒｉｍ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ［２２］ Ｋｒｉｃｋａ ＬＪ，Ｊｉ Ｘ，Ｎｏｚａｋｉ Ｓ，ｅｔ ａ１．Ｓｐｅｒｍ ｔｅｓｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｍｉ— ｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｇｌａｓｓｃａｐｐｅｄ ｓｉｌｌｉｃｏｎ ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌｓ［Ｊ］． Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１９９４，４１：１２１１—１２１４． ｏｎ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ—Ｏｐｔｉｃｓ．ＣＬＥ０．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉ． 电磁场对骨组织和成骨细胞的作用 赵云山，张西正，郭勇 （军事医学科学院卫生装备研究所，天津 ３００１６１） 摘要：电学环境是骨组织所处的重要微环境之～，外加电磁场对骨组织和成骨细胞有重要作用。临床上电磁场已被用于 治疗骨折、骨不连、骨质疏松等骨科病症，并已取得满意的效果。本文综述了电磁场对骨组织和成骨细胞的影响及机理， 并对电磁场对骨组织工程化培养的意义进行了探索。 关键词：电磁场；骨组织工程；成骨细胞 中图分类号：Ｑ６８；Ｑ８１３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１．１１１０（２００２）０４—０１６９．０５ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄｓ ａｎｄ ｂｏｎｅ ｔｉｓｓｕｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＺＨＡＯ Ｙｕｎ—ｓｈａｎ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉ—ｚｈｅｎｇ，ＧＵＯ Ｙｏｎｇ （Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｉｌｉｔａｒｙ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｍｉｌｉｔａｒｙ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１６１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｍｉｃｒｏ—ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｂｏｎｅ ｔｉｓｓｕｅ ｅｘｉｓｔｓ．Ｔｈｅ ｏｕｔｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄｓ ｈａｖｅ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｂｏｎｅ ｔｉｓｓｕｅ ａｎｄ ｏｓｔｅｏｂｌａｓｔｓ．Ｉｎ ｃｌｉｎｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇ ｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｕｓｅｄ ｔＯ ｔｒｅａｔ ｂｏｎｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ，ｂｏｎｅ ｎｏｎｕｎｉｏｎ，ｏｓｔｅｏｐｏｒｏｓｉｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｂｏｎｅ ｄｉｓｅａｓｅｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓａｔｉｓｆｙｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄｓ ｏｎ ｂｏｎｅ ｔｉｓｓｕｅ ａｎｄ ｏｓｔｅｏｂｌａｓｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｒｅ ｒｅ．． ｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄｓ ｔＯ ｂｏｎｅ ｔｉｓｓｕｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ ｃｕｌｔｕｒｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄｓ；ｂｏｎｅ ｔｉｓｓｕｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｏｓｔｅｏｂｌａｓｔ １ 引言 目前，骨组织工程已取得较大的发展，但由于人 程的发展具有重要作用。 成骨细胞结构和功能受温度、ｐＨ、化学、生物、 应力等多种因素影响。电学微环境也是成骨细胞所 处的重要微环境之一。研究证实，干骨具有压电电 工组织在体外培养时，培养的环境与体内有较大的 差别，成骨细胞的许多特性发生了改变，因此，模拟 在体骨组织中成骨细胞所处的生理环境对骨组织工 收稿日期：２００１—１１—２１ 位，而湿骨是具有流动电位和压电电位的，骨重建假 说之一认为，骨电在骨重建中具有重要作用。在临床 上，人们已将电磁场用于治疗骨折、骨不连和骨质疏 松等骨科病症，并已取得满意的效果，表明，电磁场 可促进骨的再生；电磁场对骨细胞和骨组织的作用 基金项目：国家自然科学基金资助项目（１０１７２０９３）；全军医药 卫生“十五”科研基金课题资助项目（０１ＭＡ０８８）； 军事医学科学院创新基金资助项目。 维普资讯 http://www.cqvip.com ・１７０・ 国外医学生物医学工程分册２００２年第２５卷第４期 研究也表明，电磁场可促进细胞的增殖、增加生长因 子的分泌、促进细胞外基质的合成等。因此，模拟骨 电环境对骨组织工程化培养具有重要意义。 场刺激鼠颅骨细胞促进了胰岛素样生长因子Ⅱ （ＩＧＦ一Ⅱ）转录物的增加。４．８和７．０两种转录物在 电场刺激后显著增加，４．８ｋｂ转录物增加了４．６倍， 这一水平维持２４ｈ；７．０转录物缓慢增加，３ｈ时达最 大值，２４ｈ降到对照组水平［６］。电磁场刺激还促进了 胰岛素样生长因子从细胞释放到培养基中。Ｒｙａｂｙ ２ 电磁场对体外培养成骨细胞的影响 ２．１ 电磁场促进成骨细胞的增殖 电磁场可促进体外培养成骨细胞的增殖。 等［８ 用复合磁场作用于ＴＥ一８５细胞、ＨＢＣｓ和培养 的鼠颅骨，Ｆｉｔｚｓｉｍｍｏｎｓ等用复合磁场作用于ＴＥ一８５ 细胞［ｇ］，电场作用于鼠颅骨细胞［６］，都得出ＩＧＦ一Ⅱ释 Ｌｏｒｉｃｈ等［】］用２０ｍＶ／ｃｍ的电容耦合电场作用于小 鼠颅骨细胞或鼠ＭＣ３Ｔ３一Ｅ 成骨样细胞系，ＤＮＡ合 成显著增加。Ｚｈｕａｎｇ等［２ 将同样的电场作用于 ＭＣ３Ｔ３一Ｅ 细胞系，Ｗａｎｇ等Ｌ３］用直流电作用于新生 鼠颅骨细胞，细胞增殖显著加快。另有实验将低振幅 电容耦合电场作用于胎鸡胫骨细胞，电场作用于成 骨样ＭＣ３Ｔ３一Ｅ 细胞系，也都得出促进细胞增殖的 结论 。 电磁场促进成骨细胞的增殖具有许多的特点。 大量实验表明，低能量、低频率的电磁场对骨细胞才 有作用（电场强度一般在１Ｏ～１００ｍＡ／ｍ。，频率小于 ｌｋＨｚ）；而且这种作用并非是一种线性关系，存在着 场强、频率等的依赖性，即所谓的“窗口”效应。鼠成 骨样细胞系（ＭＣ３Ｔ３一Ｅ ）在受到１０Ｈｚ的脉冲电磁 场刺激过程中，强度为Ｏ～２．０３ｋＶ／ｍ时，ＤＮＡ合成 没有变化，３．１９ｋＶ／ｍ时显著的刺激ＤＮＡ合成［４］。 低振幅、低频率电容耦合电场作用于胚鸡颅骨细胞， １６Ｈｚ频率附近的电磁场具有最大的刺激细胞增殖 的效应［５］。同样的电场作用于骨瘤ＴＥ一８５细胞，细胞 增殖也具有频率的依赖性，最大刺激细胞增殖的频 率在１４Ｈｚ附近［６］。电磁场刺激骨细胞增殖具有时间 效应。不同种类的细胞刺激其增殖所需的最低暴露 时间不同。用７５Ｈｚ、２．３ｍＴ脉冲电磁场刺激人类骨 瘤细胞株ＴＥ一８５和ＭＧ一６３及人类正常成骨细胞 （ＮＨＯＣ）的增殖，结果表明，刺激骨瘤细胞株ＴＥ一８５ 和ＭＧ一６３增殖增加最低暴露时间是３０ｍｉｎ，且在有 无血清培养时相同；而刺激人类正常细胞增殖所需 的最低暴露时间同体内刺激骨形成增加所需时间相 似，在所使用的４种成骨细胞系谱中有３种最低暴 露时间需９ｈ，一种需要６ｈ，且需有１Ｏ％的胎牛血清 存在。作者认为，造成二者最低暴露时间差别的原因 在于电磁场刺激它们增殖的机制不同［７］。电磁场刺 激骨细胞增殖还具有时间的持续性，ＤＮＡ合成的增 加量随着刺激时间的延长而增加ｌ４］。 ２．２ 电磁场促进成骨细胞生长因子的合成和分泌 电磁场促进多种骨生长因子的合成和分泌。电 放到培养基中量显著增加的结论。用脉冲电磁场刺 激小鼠成骨细胞，可使骨形成蛋白（ＢＭＰ）２和 ４ｍＲＮＡ上调转录［】。。。 转化生长因子（ＴＧＦ一既）在 电磁场的刺激下释放到培养基中的量显著增 加［２ ¨，这种增加是由ＴＧＦ一￣ｍＲＮＡ的增加所 致［２］。电磁场促进骨细胞生长因子合成和分泌具有 时间、密度和频率的依赖性。磁场刺激ＩＧＦ一Ⅱ水平 的增加具有频率的依赖性［５］和密度的依赖性［ｇ］。脉 冲电磁场处理的小鼠颅骨成骨细胞骨形成蛋白ｍＲ— ＮＡ的上调转录具有时间的持续性，ＢＭＰ一４ｍＲＮＡ 表达随时间的延长而增加，３０ｍｉｎ时达最大值， ６０ｍｉｎ又有所下降；ＢＭＰ一２一直持续增加，到６０ｍｉｎ 时达最大水平。此外，ＢＭＰ一２和ＢＭＰ一４用电磁场持 续刺激３０ｍｉｎ要比在３０ｍｉｎ接种中只刺激 １５ｍｉｎｍＲＮＡ增加量更大ｕ。。。处于不同发育阶段的 骨痂对复合电磁场刺激释放ＩＧＦ一Ⅱ的敏感性不 同Ｌ８］。处理的肥大型骨不连细胞和萎缩型骨不连细 胞ＴＧＦ— 量增加，前者需要２天，后者要４天Ｌ】 。 ２．３ 电磁场促进成骨细胞细胞外基质合成和分泌 极低频的电磁场可增加培养的骨细胞中Ｉ型胶 原的ｍＲＮＡ的表达量，来自健康人的成骨细胞增加 了３．７倍。来自患有骨化性肌炎病人的成骨细胞增 加了５．４倍，用ＴＧＦ—Ｂ和ＩＧＦ—Ｉ处理也得到相似 的结果，表明电磁场刺激效应同细胞因子的作用相 当。骨化性肌炎病人的骨细胞还产生出成骨样细胞 特征的细胞外基质，包括Ｉ型胶原、碱性磷酸酶和骨 钙以及３型胶原、ＴＰ一１、ＴＰ一２，两种成骨细胞分化标 记的抗原决定族。低频电磁场通过Ｉ型胶原、ｍＲＮＡ 表达的加强介导广泛的细胞外基质的合成［】引。低频 电容耦合电场刺激体外培养的胎鸡胫骨可增加其胶 原量，对新生鼠颅骨的体外培养也得出同样的结论。 胎鸡胫骨暴露电场的时间方式对其胶原量的产生有 很大的影响。有限的暴露（３０ｍｉｎ／天，连续３天）要比 ３天连续暴露显著增加胶原量。 维普资讯 http://www.cqvip.com 国外医学生物医学工程分册 ２００２年第２５卷第４期 ・１７１・ 也大大增加；钙离子的摄入必须超过一定的阈值才 ３电磁场对在体骨组织的影响 电磁场对在体骨组织的影响表现为电磁场在治 疗骨科病症方面的效应。早期的医学研究显示，低频 电磁场能加速骨折愈合，但其治疗作用还有争议。自 从干骨的压电效应发现以后，人们开始重视骨与电 的关系。后来又发现正常有生命的骨骼有特定的生 物电，并提出应用电磁刺激治疗骨不连，将其用于临 床，取得了满意的效果。之后，电磁场已被广泛地用 能刺激ＤＮＡ的合成。钙离子通道Ａ２３１８７刺激钙离 子的摄入，同时也增加了ＤＮＡ的合成Ｌ４］。而在细胞 培养中加入ｖｅｒａｐａｍｉｌ（钙离子通道阻滞剂）和ｗ一７ （抑制活性钙调蛋白的增加）抑制了细胞的增 殖Ｉ－卜 。这些结果表明，钙离子必然包含在电磁场刺 激的骨细胞增殖中。电场刺激的ＴＧＦ一＆ｍＲＮＡ的 增加可能也是通过Ｃａｌｃｉｕｍ／Ｃａｌｍｏｄａｔｉｏｎ通路进行 的 。 于治疗骨折、骨不连、骨质疏松、骨关节炎、先天性骨 缺损、关节固定失败、骨坏死、骨移植等骨科病症。 Ｂａｓｓｅｔｔ提出应用电磁刺激治疗骨不连，并将其用于 临床，效果显著ｉ－¨］。Ｂｒｉｇｈｔｏｎ等Ｌ１Ｉ］比较了各种因素 对用直流电、电容耦合电场治疗胫骨骨不连的影响， 表明肥大型骨不连的存在使得电容耦合电场的治愈 率下降。在治疗骨质疏松方面，Ｂｒｉｇｈｔｏｎ等Ｉ－ ］将电 容耦合电场用于治疗小鼠脊椎骨骨质疏松发现可逆 转骨质疏松，恢复骨量。ＳｈａｒｒａｒｄＥ ］用脉冲电磁场治 疗胫骨延迟愈合的双盲实验显示出治疗意义。脉冲 电磁场、脉冲电场对治疗骨关节炎的双盲实验也表 明电磁场对治疗骨关节炎有显著疗效Ｌ１ 。 刘文军等Ｌ１ ９］用超低频脉冲电磁场治疗兔颌骨 骨折，结果表明，可促进颌骨愈合。ｘ线照片观察，电 磁场能促进骨痂生长；组织学观察表明，电磁场使成 骨活动加强，软骨内化速度加速。脉冲电磁场作用于 胎鸡颅骨可刺激颅骨骨生成蛋白２和４的ｍＲＮＡ 的表达１－２０３。 ４电磁场对骨矿质的影响 研究发现，静态磁场可阻止体内骨矿质密度的 降低Ｉ－ｚ１３。电磁场可加速体内骨痂的钙化ｒ 。体内颌 骨愈合实验发现，电磁场可加速骨痂钙化，促进钙盐 的沉积。电刺激可加速体外培养的成骨细胞的钙 化Ⅲ。脉冲电磁场对骨不连细胞钙化量没有影响Ⅱ１］。 ５电磁场对骨组织影响的作用机制 电磁场对骨组织的广泛影响已为大量的实验所 证实，然而电磁场通过什么机制作用于骨组织，目前 还没有一致的看法。较多的实验事实证实电磁场对 骨组织作用的机制与钙离子有关。 研究表明，电磁场诱导的骨细胞增殖可能由钙 离子所介导。用电场刺激鼠成骨样细胞系ＭＣ３Ｔ３一 Ｅ１，ＤＮＡ合成显著增加，同时掺入细胞中的钙离子 关于细胞内钙离子的来源，有实验证实部分源 于细胞外钙离子的跨膜运输，部分源于细胞内钙库 的释放。电磁场通过影响两个途径实现的：（１）胞内 钙库的膜系统，促进钙离子释放；（２）增加细胞膜的 通透性，使细胞外钙离子涌入细胞内Ｅ２３３。电磁场刺 激的细胞内的钙离子的升高不是由刺激电流直接所 诱导，而是由电极处的电化学产物，如ＯＨ。，导致跨 膜电位去极化，启动钙离子通道ｒ ］。电极刺激钙离 子浓度升高具有频率的依赖性ｒ 。 细胞质内钙离子浓度的提高启动了一系列生化 通道，介导了细胞增殖及其他的一系列细胞反应。 Ｌｏｒｉｃｈ等Ｌ１］在下列实验的基础上提出了介导骨细胞 对电容耦合电场反应的生化通路：ｖｅｒａｐａｍｉｌ、Ｗ一７、 ｉｎｄｏｃｉｎ（前列腺素合成抑制剂）、ｂｒｏｍｏｐｈｅｎｏｃｙｌ ｂｒｏｍｉｄｅ（一种磷酸酶Ａ２的抑制剂）处于不影响细 胞增殖的浓度却抑制了电容耦合电场刺激的细胞增 殖，而ｎｅｏｍｙｃｉｎ（一种肌醇磷酸酶强联抑制剂）不抑 制电场刺激的细胞增殖。ｉｎｄｏｃｉｎ阻止电场刺激的前 列腺素Ｅ２的增加，ｖｅｒａｐａｍｉｌ显著降低前列腺素的 合成，完全阻止前列腺素Ｅ２的增加。电容耦合电场 的刺激增殖反应包括：通过电压门钙离子通路的跨 膜钙运输，磷酸酶Ａ２的激活，前列腺素Ｅ２的随后 增加。 电磁场刺激的生长因子增加可能是电场刺激了 钙通量或生化通路或两者兼有，这又导致ＩＧＦ一Ⅱ受 体的转运或蛋白的释放。 关于电磁场对骨细胞的作用机制还有其他的一 些观点。正常组织再生及细胞增殖时ＧＪＩＣ（细胞缝 隙连接通讯）是抑制的。电磁场作用抑制了ＧＪＩＣ的 功能，从而促进细胞的增殖［２４］。电磁场作用于细胞 膜受体，引起细胞内ｃＡＭＰ水平的改变，继而触发 一系列磷酸化生物信号放大反应而细胞增殖； 但又有实验证实，电磁场单独作用并不引起ｃＡＭＰ 增加，同ＰＴＨ共同作用时可促进其作用 ｔ－。 维普资讯 http://www.cqvip.com ・１７２・ 国外医学生物医学工程分册２００２年第２５卷第４期 以上机制都要求有膜的存在，而有实验表明，电 磁场可使无细胞体系的转录物增加，提示电磁场可 不通过细胞膜起作用口引。 统成骨细胞的增殖和分化。体外培养的成骨细 胞的细胞外基质的合成和分泌都有不同程度的下降 和改变 从而影响细胞的增殖、分化。对培养的成骨 细胞加电磁场促进其Ｉ型胶原的合成，而Ｉ型胶原 的合成又介导了广泛的细胞外基质的合成，从而对 细胞分化产生影响，而且电磁场的这种作用同生长 因子的作用相当。 电磁场对骨组织工程的意义还有待于进一步的 研究。相信随着这种研究的深入，必将促进骨组织工 ６ 电磁场对骨组织工程化培养研究的意义 骨组织工程就是利用组织工程学进行骨组织缺 损的修复和重建，在这一过程中模拟在体的微环境 是组织工程发展的方向。外加应力对骨组织工程化 培养的影响已有较多的研究；电磁场对这一方面研 究的意义未见有报道。电磁场对体外培养的成骨细 胞具有促进其增殖，增加生长因子的合成和分泌，增 加细胞外基质的合成和分泌等作用；电磁场在治疗 骨科病症方面的效果提示，电磁场可启动骨的重建， 加速骨的发育。这些结果表明，电磁场所创造的微环 境对骨的发育具有重要影响。因此将电磁场运用于 骨组织工程具有重要意义。 （１）促进种子细胞的增殖：组织工程在获得理想 细胞以前需用自体细胞与材料复合构建组织工程的 初级产品。在这一过程中面临的最大的问题是细胞 增殖缓慢。目前解决这一问题有两条途径，即具有分 化潜能的细胞的诱导和促生长因子的应用。这两种 方法在应用中都有其缺陷。利用外加电场或磁场促 进培养的成骨细胞增殖可能成为解决这一问题的又 一方法。 （２）增加骨生长因子的合成和分泌，实现生长因 子对骨生长的有效：骨生长因子在骨愈合和改 建过程中通过调节细胞活动起着十分重要的作用。 骨的发育受多种生长因子的。目前确定与骨修 复有关的生长因子包括ＢＭＰ、ＴＧＦ—Ｂ、ＰＤＧＦ、ＩＧＦ一 １、ＩＧＦ一２、ＦＧＦ等。ＢＭＰ能诱导干细胞分化成软骨 或成骨细胞，促进成骨作用；ＴＧＦ— 具有促细胞增 殖、调节细胞分化、促细胞外基质的合成和调节机体 免疫的作用；ＩＧＦ一２具有促细胞增殖，刺激成骨细胞 合成Ｉ型胶原。多种生长因子已被用于骨组织工程 化培养。利用外加电磁场不仅可促进多种生长因子 的合成和分泌，而且方法简单。 （３）促进细胞外基质的合成和分泌，实现成骨细 胞的定向分化：目前的研究显示，功能性组织的发育 需要可溶性生长因子和非可溶性的细胞外基质分 子，其中细胞外基质又起着决定性的作用，决定了局 部可溶性刺激因子作用下的单个细胞是否增殖、分 化或死亡。Ｉ型胶原为骨组织中的主要成分，是成骨 细胞表型和基质钙化的基础，Ｉ型胶原及其受体系 程目前所面临的许多问题的解决。 参考文献： ［１］Ｌｏｒｉｃｈ ＤＧ，Ｂｒｉｇｈｔｅｎ ＣＴ，Ｇｕｐｔａ Ｒ，ｅｔ ａ１．Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐａｔｈｗａｙ ｍｅｄｉａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｂｏｎｅ ｃｅｌｌｓ ｔｏ ｃａｐａｃ— ｉｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ［Ｊ］．Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｏｒｔｈｏｐ Ｒｅｌ Ｒｅｓ，１９９８，３５０： ２４６—２５６． ［２］Ｚｈｕａｎｇ ＨＭ，Ｆａｎｇ Ｗ，Ｓｅｌｄｅｓ ＲＭ，ｅｔ ａ１．Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｔｉｍ— ｕｌａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ＴＧＦ—Ｂｌ，ｍＲＮＡ ｉｎ ｏｓ— ｔｅｏｂｌａｓｔｉｃ ｃｅｌｌｓ ｂｙ ａ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ Ｃａｌｃｉｕｍ／ Ｃａｌｍｏｄｕｌｉｎ ｐａｔｈｗａｙ［Ｊ］．Ｂｉｏｃｈｅｍ Ｂｉｏｐｈｙｓ Ｒｅｓ Ｃｏｒｎ— ｍｕｎ，１９９７，２３７：２２５—２２９． ［３］Ｗａｎｇ Ｑ，Ｚｈｏｎｇ ＳＺ，Ｏｕｙａｎｇ Ｊ，ｅｔ ａ１．Ｏｓｔｅｏｇｅｎｅｓｉｓ ｏｆ ｅｌ— ｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｏｎｇ ｃｅｌｌｓ ｍｅｄｉａｔｅｄ ｉｎ ｐａｒｔ ｂｙ ｃａｌ— ｃｉｕｍ ｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｏｒｔｈｏｐ Ｒｅｌ Ｒｅｓ，１９９８，３４８：２５９— ２６８． ［４］Ｏｚａｗａ Ｈ，Ａｂｅ Ｅ，Ｓｈｉｂａｓａｋｉ Ｙ，ｅｔ ａ１．Ｅｌｅｃｔｉｃ ｆｉｅｌｄｓ ｓｔｉｍ— ｕｌａｔｅ ＤＮＡ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｍｏｕｓｅ ｏｓｔｅｏｂｌａｓｔ—ｌｉｋｅ ｃｅｌｌｓ （ＭＣ３Ｔ３一Ｅ１）ｂｙ ａ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ ｃａｌｃｉｕｍ ｉｏｎｓ ［ｊ］．Ｊ Ｃｅｌｌ Ｐｈ＇ｙｓｉｏｌ，１９８９，１３８：４７７—４８３． ［５］Ｆｉｔｚｓｍｍｏｎｓ ＲＪ，Ｆａｒｌｅｙ ＪＲ，Ａｄｅｙ ＷＲ，ｅｔ ａ１．Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｃｅｌｌ ｐｒｏｌｉｆｅｒａｔｉｏｎ，ｌｏｗ－ｆｒｅｑｕｅｎ— ｃｙ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ：ｅｖｉｄｅｎｃｅ ｏｎ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｍｉｔｏｇｅｎ ａｃｔｉｖｉｅｙ ｒｅｌｅａｓｅｄ ｉｎｔｏ ｃｕｌｔｕｒｅ ｍｅｄｉｕｍ［Ｊ］．Ｊ Ｃｅｌｌ Ｐｈｙｓｉｏｌ，１９８９， １３９：５８６—５９１． ［６］Ｆｉｔｚｓｍｍｏｎｓ ＲＪ，Ｓｔｒｏｎｇ ＤＤ，Ｍｏｈａｎ Ｓ，ｅｔ ａ１．Ｌｏｕ—ａｍｐｌｉ— ｔｕｄｅ ｌｏｗ・・ｆｒｅｑｕｅｎｃｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ—－ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｏｎｅ ｐｒｏ—－ ｌｉｆｅｒａｔｉｏｎ ｍａｙ ｉｎ ｐａｒｔ ｂｅ ｍｅｄｉａｔｅｄ ｂｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ＩＧＦ—Ｉｒ ｒｅｌｅａｓｅ［Ｊ］．Ｊ Ｃｅｌｌ Ｐｈｙｓｉｏｌ，１９９２，１５０：８４—８９． ［７］Ｍａｔｔｅｉ ＭＤ，Ｃａｒｕｓｏ Ａ，Ｔｒａｉｎａ ＧＣ，ｅｔ ａ１．Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅ— ｔｗｅｅｎ ｐｕｌｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄｓ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｃｅｌｌ ｐｒｏｌｉｆｅｒａｔｉｏｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎｈｕｍａｎ ｏｓｔｅｏｓａｒｃｏｍａ ｃｅｌｌ ｌｉｎｅｓ ａｎｄ ｈｕｍａｎ ｎｏｒｍａｌ ｏｓｔｅｏｂｌａｓｔ ｃｅｌｌｓ ｉｎ ｖｉｔｒｏ［Ｊ］． Ｂｉｏ—ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓ，１９９９，２０：１７７—１８２． ［８］Ｒｙａｂｙ ＪＴ，Ｆｉｔｚｓｍｍｏｎｓ ＲＪ，Ｋｈｉｎ ＮＡ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅ ｒｏｌｅ ｏｆ ｉｎｓｕｌｉｎ—ｌｉｋｅ ｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒⅡｉｎ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｒｅｇｕｌａ— ｔｉｏｎ ｏｆ ｂｏｎｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＢｉｏｃｈｅｍＢｉｏｅｎｅｒｇ，１９９４，３５： 维普资讯 http://www.cqvip.com 国外医学生物医学工程分册２００２年第２５卷第４期 ８７—９１． ［９］Ｆｉｔｚｓｍｍｏｎｓ ＲＪ，Ｒｙａｂｙ ＪＴ，Ｍｏｈａｎ Ｓ，ｅｔ ａ１．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄｓ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎｓｕｌｉｎ－ｌｉｋｅ ｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ一Ⅱ ｉｎ ＴＥ－８５ ｈｕｍａｎ ｏｓｔｅｏｓａｒｃｏｍａ ｂｏｎｅ ｃｅｌｌ［Ｊ］．Ｅｎ— ｄｏｃｒｉｎｏｌｏｇｙ，１９９５，１３６（７）：３１００—３１０６． ［１Ｏ］Ｂｏｄａｍｙａｌｉ Ｔ，Ｂｈａｔｔ Ｂ，Ｈｕｇｈｅｓ ＦＪ，ｅｔ ａ１．Ｐｕｌｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏ— ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄｓ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ ｉｎｄｕｃｅ ｏｓｔｅｏｇｅｎｅｓｉｓ ａｎｄ ｕｐｒｅｇｕｌａｔｅ ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｏｆ ｂｏｎｅ ｍｏｒｐｈｏｇｅｎｅｔｉｃ ｐｒｏ— ｒｅｉｎｓ ２ ａｎｄ ４ ｉｎ ｒａｔ ｏｓｔｅｏｂｌａｓｔｓ ｉｎ ｖｉｔｒｏ［Ｊ］．Ｂｉｏｃｈｅｍ Ｂｉｏｐｈｙｓ Ｒｅｓ Ｃｏｍｍｕｎ，１９９８，２５０：４５８—４６１． ［１１］Ｇｕｅｒｋｏｖ ＨＨ，Ｌｏｈｍａｎｎ ＣＨ，Ｌｉｕ Ｙ，ｅｔ ａ１．Ｐｕｌｓｅｄ ｅｌｅｃｔ— ｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄｓ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ ｒｅｌｅａｓｅ ｂｙ ｎｏｎｕｎｉｏｎ ｃｅｌｌｓ［Ｊ］．Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｏｒｔｈｏｐ Ｒｅｌ Ｒｅｓ，２００１，３８４： ２６５—２７９． ［１２］Ｈｅｅｒｍｅｉｅｒ Ｋ，Ｓｐａｎｎｅｒ Ｍ，Ｔｒａｇｅｒ Ｊ，ｅｔ ａ１．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅｘ— ｔｒｅｍｅｌｙ ｌｏｗ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ（ＥＭＦ）ｏｎ ｃｏｌｌａｇｅｎ ｔｙｐｅ Ｉ ｍＲＮＡ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒ ｍａｔｒｉｘ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｏｓｔｅｏｂｌａｓｔｉｃ ｃｅｌｌｓ［Ｊ］．Ｂｉｏ— ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓ，１９９８，１９（４）：２２２—２３１． ［１３］Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ＣＴ，ＳｈａｍａｎＰ，Ｈｅｐｐｅｎｓｔａｌｌ ＲＢ，ｅｔ ａ１．Ｔｉｂｉａｌ ｎｏｎｕｎｉｏｎ ｔｒｅａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ，ｃａｐａｃｔｉｖｅｌｙ ＣＯＵ— ｐｉｉｎｇ，ｏｒ ｂｏｎｅ ｇｒａｆｔ口］．Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｏｒｔｈｏｐ Ｒｅｌ Ｒｅｓ，１９９５， ３２１：２２３－２３４． ［１４］Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ＣＴ，Ｌｕｅｓｓｅｎｈｏｐ ＣＰ，Ｐｏｌｌａｃｋ ＳＲ，ｅｔ ａ１．Ｔｒｅａｔ— ｍｅｎｔ ｏｆ ｃａｓｔｒａｔｉｏｎ－ｉｎｄｕｃｅｄ ｏｓｔｅｏｐｏｒｏｓｉｓ ｂｙ ａ ｃａｐａｃｉ— ｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｉｇｎａｌ ｉｎ ｒａｔ ｖｅｒｔｅｂｒａｅ［Ｊ］．Ｊ Ｂｏｎｅ Ｊｏｉｎｔ Ｓｕｒｇ，１９８９，７１一Ａ（２）：２２８—２３６． ［１５］Ｓｈａｒｒａｒｄ ｗＪｗ．Ａｄｏｕｂｌｅ—ｂｌｉｎｄ ｔｒｉａｌ ｏｆ ｐｕｌｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｍ— ａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄｓ ｆｏｒ ｄｅｌａｙｅｄ ｕｎｉｏｎ ｏｆ ｔｉｂｉａｌ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．Ｊ ｏＢｎｅ Ｊｏｉｎｔ Ｓｕｒｇ，１９９０，７２－Ｂ：３４７－３５５． ［１６］Ｚｉｚｉｃ ＴＭ，Ｈｏｆｆｍａｎ ＫＣ，Ｈｏｌｔ ＰＡ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｏｓｔｅｏａｒｔｈｒｉｔｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｋｎｅｅ ｗｉｔｈ ｐｕｌｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊ Ｒｈｅｕｍａｔｏｌ，１９９５，２２：１７５７—１７６１． ・１７３・ ［１７］Ｔｒｏｃｋ ＤＨ，Ｂｏｌｌｅｔ ＡＪ，Ｍａｒｋｏｌｌ Ｒ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｕｌｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｏｓｔｅｏａｒｔｈｒｉｔｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｋｎｅｅ ａｎｄ ｃｅｒｖｉｃａｌ ｓｐｉｎｅ．Ｒｅｐｏｒｔ ｏｆ ｒａｎｄｏｍｉｚｅｄ， ｄｏｕｂｌｅ ｂｉｌｎｄ，ｐｌａｃｅｂｏ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｔｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｊ Ｒｈｅｕｍａ— ｔｏｌ，１９９４，２１：１９０３—１９１１． ［１８］Ｔｒｏｃｋ ＤＨ，Ｂｏｌｌｅｔ ＡＪ，Ｄｙｅｄ ＲＨ，ｅｔ ａ１．Ａ ｄｏｕｂｌｅ—ｂｌｉｎｄ ｔｒｉａｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｌｉｎｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｐｕｌｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄｓ ｉｎ ｏｓｔｅｏａｒｔｈｒｉｓｉｓ口］．Ｊ Ｒｈｅｕｍａｔｏｌ，１９９３，２０：４５６— ４６０． ［１９］刘文军，李景竹，张树军，等．超低频脉冲电磁场促进颌 骨愈合的研究口］．中国医学物理学杂志，１９９８，１５（２）： ９１—９２． ［２Ｏ］Ｎａｇａｉ Ｍ，Ｏｔａ Ｍ．Ｐｕｌｓａｔｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄｓ ｓｔｉｍ— ｕｌａｔｅｓ ｍＲＮＡ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｂｏｎｅ ｍｏｒｐｈｏｇｅｎｅｔｉｃ ｐｒｏ— ｔｅｉｎ一２ ａｎｄ一４口］．Ｊ Ｄｅｎｔ Ｒｅｓ，１９９４，７３（１Ｏ）：１６０１—１６０５． ［２１］Ｙａｎ ＱＣ，Ｔｏｍｉｔａ Ｎ，Ｉｋａｄａ Ｙ．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｔａｔｉｃ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｏｎ ｂｏｎｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｒａｔ ｆｅｍｕｒｓ［Ｊ］．Ｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎ— ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｈｙｓｉｃｓ，１９９８，２０：３９７－４０２． ［２２］Ｈａｍａｎｉｓｈｉ Ｃ，Ｋａｗａｂａｔａ Ｔ，Ｙｏｓｈｉｉ Ｔ，ｅｔ ａ１．Ｂｏｎｅ ｍｉｎｅｒ— ａｌ ｄｅｎｓｉｔｙ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｄｉｓｔｒａｃｔｅｄ ｃａｌｌｕｓ ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｐｕｌｓｅｄ ｄｉｒｅｃｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ口］．Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｏｒｔｈｏｐ Ｒｅｌ Ｒｅｓ，１９９５，３１２：２４７—２５２． ［２３］黄春明，叶 晖，徐建华，等．极低频弱磁场对ＰＣ一１２瘤 细胞胞内游离钙离子浓度的影响口］．生物医学工程学 杂志，２０００，１７（１）：６３—６５． ［２４］李昌敏，姜槐，付一提，等．脉冲磁场对细胞缝隙连接 通讯功能影响的研究口］．中国生物医学工程学报， ２００１，２０（２）：１４８—１５ｌ＿ ［２５］Ｇｏｏｄｍａｎ ＥＭ，Ｇｒｅｅｎｅｂａｕｍ Ｂ，Ｍａｒｒｏｎ ＭＴ．Ａｌｔｅｒｅｄ ｐｒｏｔｅｉｎ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｉｎ ａ ｃｅｌｌ—ｆｒｅｅ ｓｙｓｔｅｍ ｅｘｐｏｓｅｄ ｔｏ ａ ｓｉ— ｎｕｓｏｉｄａｌ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ［Ｊ］．Ｂｉｏｃｈｉｍ Ｂｉｏｐｈｙｓ Ａｃｔａ， １９９３，１２０２：１０７—１１２．
