不同强度恒定磁场对小鼠成骨细胞增殖及功能的影响

doi:10.3877/cma.j.issn.1674-1366.2015.03.002

目的

研究不同强度恒定磁场（CMF）对小鼠成骨细胞增殖及功能的影响。

方法

选取小鼠成骨细胞MC3T3-E1细胞株进行培养，加载0、50、100、150、200 mT的恒定磁场，筛选出最显著促进、抑制成骨细胞生长的加载强度（150、200 mT）。将培养的细胞随机分为3组，分别加载0 mT（对照组）、150 mT（促进组）、200 mT（抑制组）的CMF，检测细胞增殖活性、Ⅰ型前胶原羧基端肽（PICP）、碱性磷酸酶（ALP）、骨钙素（OCN）含量。

结果

150 mT的CMF可以促进小鼠成骨细胞增殖及功能，强度为200 mT的CMF可以抑制小鼠成骨细胞的增殖及功能。

结论

CMF可以促进小鼠成骨细胞增殖及功能，且存在"强度窗"效应，超过这一特定强度时，则表现为抑制作用，150 mT左右即为可能的"强度窗"之一。

关键词: 恒定磁场, 成骨细胞, Ⅰ型前胶原羧基端肽, 碱性磷酸酶, 骨钙素

Objective

To investigate the effects of different-intensity constant magnetic fields (CMFs) on the proliferation and function of osteoblasts in mice.

Methods

The mice osteoblast cell line MC3T3-E1 were selected to culture, then stimulated by the CMFs with 0, 50, 100, 150 or 200 mT, and screened the intensity which promote and inhibit the growth of osteoblasts the most significantly (150, 200 mT) . MC3T3-E1 were divided into three group, and then stimulated by the CMFs with 0, 150, 200 mT, respectively. The proliferation rate of osteoblasts, PICP expression, ALP activity, OCN activity were evaluated.

Result

The CMFs with 150 mT can promote the mice osteoblast proliferation and function, while the CMFs with 200 mT can inhibit the mice osteoblast proliferation and function.

Conclusion

The CMFs can promote the mice osteoblast proliferation and function, and has 'intensity window’ effect. The CMFs beyond the certain level showed inhibitory effect, and thus 150 mT may be one of the possible 'intensity window’.

Key words: Constant magnetic fields, Osteoblasts, PICP, Alkaline phosphatase, Osteocalcin

图1 小鼠MC3T3-E1细胞形态观察（倒置相差显微镜　× 50）

表1 恒定磁场强度筛选结果（ ± s）

组别	孔数	第1次加载后	第2次加载后	第3次加载后
0 mT组	4	3.0900 ± 0.3310	4.3700 ± 0.1966	6.5150 ± 0.6247
50 mT组	4	3.3250 ± 0.2774	5.5725 ± 1.5862	8.8325 ± 1.2487^a
100 mT组	4	4.2675 ± 2.0092	11.1125 ± 2.7293^a	13.3275 ± 3.6167^a
150 mT组	4	5.3725 ± 0.5857^a	13.9375 ± 1.1000^a	16.6350 ± 3.8166^a
200 mT组	4	2.0125 ± 0.6502^a	2.1675 ± 0.8272^a	3.2425 ± 0.2865^a
300 mT组	4	2.1725 ± 0.7190^a	2.1285 ± 1.2401^a	2.9375 ± 0.8141^a

表1 恒定磁场强度筛选结果（ ± s）

组别	孔数	第1次加载后	第2次加载后	第3次加载后
0 mT组	4	3.0900 ± 0.3310	4.3700 ± 0.1966	6.5150 ± 0.6247
50 mT组	4	3.3250 ± 0.2774	5.5725 ± 1.5862	8.8325 ± 1.2487^a
100 mT组	4	4.2675 ± 2.0092	11.1125 ± 2.7293^a	13.3275 ± 3.6167^a
150 mT组	4	5.3725 ± 0.5857^a	13.9375 ± 1.1000^a	16.6350 ± 3.8166^a
200 mT组	4	2.0125 ± 0.6502^a	2.1675 ± 0.8272^a	3.2425 ± 0.2865^a
300 mT组	4	2.1725 ± 0.7190^a	2.1285 ± 1.2401^a	2.9375 ± 0.8141^a

图2 不同磁场强度下小鼠MC3T3-E1细胞计数结果

表2 不同恒定磁场加载后小鼠成骨细胞增殖活性检测结果（A₄₅₀， ± s）

组别	孔数	第1次加载后	第2次加载后	第3次加载后	第4次加载后	第5次加载后	第6次加载后	第7次加载后
0 mT组	8	0.4426 ± 0.0509	0.5048 ± 0.0412	0.5542 ± 0.0716	0.5048 ± 0.0672	0.4096 ± 0.0577	0.3912 ± 0.0448	0.3708 ± 0.1530
150 mT组	8	0.6154 ± 0.1999^a	0.7478 ± 0.1233^a	0.8758 ± 0.0434^a	0.8989 ± 0.0737^a	0.7023 ± 0.0296^a	0.4498 ± 0.0578^a	0.4026 ± 0.0539
200 mT组	8	0.3145 ± 0.0858^a	0.4090 ± 0.0804^a	0.3900 ± 0.0338^a	0.3798 ± 0.1336^a	0.3707 ± 0.1004^a	0.3557 ± 0.1352^a	0.3407 ± 0.1517

表2 不同恒定磁场加载后小鼠成骨细胞增殖活性检测结果（A₄₅₀， ± s）

组别	孔数	第1次加载后	第2次加载后	第3次加载后	第4次加载后	第5次加载后	第6次加载后	第7次加载后
0 mT组	8	0.4426 ± 0.0509	0.5048 ± 0.0412	0.5542 ± 0.0716	0.5048 ± 0.0672	0.4096 ± 0.0577	0.3912 ± 0.0448	0.3708 ± 0.1530
150 mT组	8	0.6154 ± 0.1999^a	0.7478 ± 0.1233^a	0.8758 ± 0.0434^a	0.8989 ± 0.0737^a	0.7023 ± 0.0296^a	0.4498 ± 0.0578^a	0.4026 ± 0.0539
200 mT组	8	0.3145 ± 0.0858^a	0.4090 ± 0.0804^a	0.3900 ± 0.0338^a	0.3798 ± 0.1336^a	0.3707 ± 0.1004^a	0.3557 ± 0.1352^a	0.3407 ± 0.1517

图3 小鼠MC3T3-E1细胞增殖活性检测结果

表3 不同恒定磁场加载后小鼠成骨细胞Ⅰ型前胶原羧基端肽表达检测结果（ng/ml， ± s）

组别	孔数	第1次加载后	第2次加载后	第3次加载后	第4次加载后	第5次加载后	第6次加载后	第7次加载后
0 mT组	4	0.8215 ± 0.0688	1.1149 ± 0.0784	1.1548 ± 0.0907	1.0713 ± 0.1188	0.9477 ± 0.0549	0.9304 ± 0.0420	0.9232 ± 0.0711
150 mT组	4	0.8998 ± 0.0511	1.2541 ± 0.0565^a	1.3807 ± 0.0939^a	1.3798 ± 0.0985^b	1.2140 ± 0.1024^a	1.1188 ± 0.1251^a	1.0837 ± 0.1050^a
200 mT组	4	0.8644 ± 0.0193	0.8599 ± 0.0931^b	0.8343 ± 0.0639^b	0.8293 ± 0.0619^a	0.7927 ± 0.0745^a	0.7859 ± 0.0816^a	0.7728 ± 0.0682^a

表3 不同恒定磁场加载后小鼠成骨细胞Ⅰ型前胶原羧基端肽表达检测结果（ng/ml， ± s）

组别	孔数	第1次加载后	第2次加载后	第3次加载后	第4次加载后	第5次加载后	第6次加载后	第7次加载后
0 mT组	4	0.8215 ± 0.0688	1.1149 ± 0.0784	1.1548 ± 0.0907	1.0713 ± 0.1188	0.9477 ± 0.0549	0.9304 ± 0.0420	0.9232 ± 0.0711
150 mT组	4	0.8998 ± 0.0511	1.2541 ± 0.0565^a	1.3807 ± 0.0939^a	1.3798 ± 0.0985^b	1.2140 ± 0.1024^a	1.1188 ± 0.1251^a	1.0837 ± 0.1050^a
200 mT组	4	0.8644 ± 0.0193	0.8599 ± 0.0931^b	0.8343 ± 0.0639^b	0.8293 ± 0.0619^a	0.7927 ± 0.0745^a	0.7859 ± 0.0816^a	0.7728 ± 0.0682^a

图4 小鼠MC3T3-E1细胞Ⅰ型前胶原羧基端肽（PICP）表达检测结果

表4 不同恒定磁场加载后小鼠成骨细胞碱性磷酸酶活性检测结果（ng/ml， ± s）

组别	孔数	第2次加载后	第4次加载后	第6次加载后	第8次加载后	第10次加载后	第12次加载后	第14次加载后
0 mT组	4	0.1014 ± 0.0031	0.1459 ± 0.0093	0.2310 ± 0.0295	0.3279 ± 0.0081	0.3225 ± 0.0052	0.2749 ± 0.0122	0.2667 ± 0.0086
150 mT组	4	0.1232 ± 0.0244^a	0.1854 ± 0.0045^a	0.2718 ± 0.0082^a	0.3822 ± 0.0032^a	0.3972 ± 0.0035^a	0.3465 ± 0.0104^a	0.3390 ± 0.0099^a
200 mT组	4	0.0968 ± 0.0067	0.1089 ± 0.0034^a	0.1692 ± 0.0190^a	0.2554 ± 0.0179^a	0.2418 ± 0.0087^a	0.2308 ± 0.0164^a	0.2290 ± 0.0046^a

表4 不同恒定磁场加载后小鼠成骨细胞碱性磷酸酶活性检测结果（ng/ml， ± s）

组别	孔数	第2次加载后	第4次加载后	第6次加载后	第8次加载后	第10次加载后	第12次加载后	第14次加载后
0 mT组	4	0.1014 ± 0.0031	0.1459 ± 0.0093	0.2310 ± 0.0295	0.3279 ± 0.0081	0.3225 ± 0.0052	0.2749 ± 0.0122	0.2667 ± 0.0086
150 mT组	4	0.1232 ± 0.0244^a	0.1854 ± 0.0045^a	0.2718 ± 0.0082^a	0.3822 ± 0.0032^a	0.3972 ± 0.0035^a	0.3465 ± 0.0104^a	0.3390 ± 0.0099^a
200 mT组	4	0.0968 ± 0.0067	0.1089 ± 0.0034^a	0.1692 ± 0.0190^a	0.2554 ± 0.0179^a	0.2418 ± 0.0087^a	0.2308 ± 0.0164^a	0.2290 ± 0.0046^a

图5 小鼠MC3T3-E1细胞ALP活性检测结果

表5 不同恒定磁场加载后小鼠成骨细胞骨钙素表达检测结果（ng/ml， ± s）

组别	孔数	第2次加载后	第4次加载后	第6次加载后	第8次加载后	第10次加载后	第12次加载后	第14次加载后
0 mT组	4	44.3692 ± 9.5140	75.4653 ± 13.2027	66.0573 ± 19.0138	52.3768 ± 16.1696	48.3991 ± 11.1807	46.5532 ± 11.6545	44.3228 ± 9.0015
150 mT组	4	44.6475 ± 19.3466	105.8164 ± 12.2248^a	76.0543 ± 13.3201	70.0148 ± 26.7200	69.1716 ± 14.7557^a	65.6247 ± 12.0364^a	63.0485 ± 11.6305^a
200 mT组	4	41.8547 ± 14.1715	69.6621 ± 19.4830	62.4200 ± 18.9734	37.3864 ± 10.5859	33.7811 ± 9.6980^a	33.1849 ± 7.4830^a	31.5185 ± 5.7552^a

表5 不同恒定磁场加载后小鼠成骨细胞骨钙素表达检测结果（ng/ml， ± s）

组别	孔数	第2次加载后	第4次加载后	第6次加载后	第8次加载后	第10次加载后	第12次加载后	第14次加载后
0 mT组	4	44.3692 ± 9.5140	75.4653 ± 13.2027	66.0573 ± 19.0138	52.3768 ± 16.1696	48.3991 ± 11.1807	46.5532 ± 11.6545	44.3228 ± 9.0015
150 mT组	4	44.6475 ± 19.3466	105.8164 ± 12.2248^a	76.0543 ± 13.3201	70.0148 ± 26.7200	69.1716 ± 14.7557^a	65.6247 ± 12.0364^a	63.0485 ± 11.6305^a
200 mT组	4	41.8547 ± 14.1715	69.6621 ± 19.4830	62.4200 ± 18.9734	37.3864 ± 10.5859	33.7811 ± 9.6980^a	33.1849 ± 7.4830^a	31.5185 ± 5.7552^a

图6 小鼠MC3T3-E1细胞骨钙素表达检测结果

图7 产生恒定磁场的方法

[1]	Yasuda I. Fundamental aspects of fracture treatment[J]. J Kyoto Med Soc，1953(4):395-406.
[2]	Cifra M, Fields JZ, Farhadi A. Electromagnetic cellular interactions[J]. Prog Biophys Mol Biol，2011，105(3):223-246.
[3]	Zhang J, Ding C, Ren L，et al. The effects of static magnetic fields on bone[J]. Prog Biophys Mol Biol，2014，114(3):146-152.
[4]	Assiotis A, Sachinis NP, Chalidis BE. Pulsed electromagnetic fields for the treatment of tibial delayed unions and nonunions. A prospective clinical study and review of the literature[J]. J Orthop Surg Res，2012(7):24.
[5]	Li Y, Yang P, Fan X，et al. Static magnetic field combined with functional appliances：a new approach to enhance mandibular growth in Class Ⅱ malocclusion[J]. Med Hypotheses，2009，72(3):276-279.
[6]	Boeckler AF, Morton D, Ehring C，et al. Mechanical properties of magnetic attachments for removable prostheses on teeth and implants[J]. J Prosthodont，2008，17(8):608-615.
[7]	黄武，曾融生，李玥，等.新型磁牵张器修复颌骨缺损的实验研究[J].中国口腔颌面外科杂志，2013，11(4):269-273.
[8]	de Sousa AA, Mattos BS. Magnetic retention and bar-clip attachment for implant-retained auricular prostheses：a comparative analysis[J]. Int J Prosthodont，2008，21(3):233-236.
[9]	马天驰，李济强，刘继辉，等.恒定磁场对大鼠骨髓基质干细胞成骨分化的影响[J].医药前沿，2013，17(6):392-394.
[10]	仇丽鸿，钟鸣，汤旭娜，等.静磁场对成骨细胞骨形成蛋白2和Ⅰ型胶原的影响[J].上海口腔医学，2007，16(1):33-35.
[11]	Denaro V, Cittadini A, Barnaba SA，et al. Static electromagnetic fields generated by corrosion currents inhibit human osteoblast differentiation[J]. Spine（Phila Pa 1976），2008，33(9):955-959.
[12]	王胜国，周力，陈扬熙，等.不同强度静磁场对成骨细胞细胞骨架改建的影响[J].中国组织工程研究与临床康复，2011，15(15):2661-2664.
[13]	赵煜，李冰雁，赵克，等.磁性附着体模拟静磁场对成骨细胞转化生长因子β1基因表达的影响[J/CD].中华口腔医学研究杂志：电子版，2012，6(4):342-347.
[14]	Feng SW, Lo YJ, Chang WJ，et al. Static magnetic field exposure promotes differentiation of osteoblastic cells grown on the surface of a poly-L-lactide substrate[J]. Med Biol Eng Comput，2010，48(8):793-798.
[15]	赵煜，李冰雁，杜莉，等.磁性附着体模拟静磁场对成骨细胞矿化能力的影响[J/CD].中华口腔医学研究杂志：电子版，2010，4(5):471-476.
[16]	Yamamoto Y, Ohsaki Y, Goto T，et al. Effects of static magnetic fields on bone formation in rat osteoblast cultures[J]. J Dent Res，2003，82(12):962-966.
[17]	Wang C, Zeng RS, Wang JN，et al. The Study of distraction osteogenesis with nitinol shape memory alloy spring controlled by infrared light[J]. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod，2010，110(2):157-166.
[18]	Ba X, Hadjiargyrou M, DiMasi E，et al. The role of moderate static magnetic fields on biomineralization of osteoblasts on sulfonated polystyrene films[J]. Biomaterials，2011，32(31):7831-7838.
[19]	Sakurai T, Terashima S, Miyakoshi J. Enhanced secretion of prostaglandin E2 from osteoblasts by exposure to a strong static magnetic field[J]. Bioelectromagnetics，2008，29(4):277-283.
[20]	Akkouch A, Zhang Z, Rouabhia M. A novel collagen/hydroxyapatite/poly（lactide-co-ε-caprolactone）biodegradable and bioactive 3D porous scaffold for bone regeneration[J]. J Biomed Mater Res A，2011，96(4):693-704.
[21]	Shekaran A, García AJ. Extracellular matrix-mimetic adhesive biomaterials for bone repair[J]. J Biomed Mater Res A，2011，96(1):261-272.
[22]	孙向华，蔡永芹，袁爱芹.恒定磁场中大鼠成骨细胞的增殖和功能活性[J].中国组织工程研究与临床康复，2011，15(46):8587-8590.
[23]	束蓉，邬春兰.釉基质蛋白对成骨细胞碱性磷酸酶和Ⅰ型胶原合成的影响[J].实用口腔医学杂志，2003，19(4):366-368.
[24]	Huang HM, Lee SY, Yao WC，et al. Static magnetic fields up-regulate osteoblast maturity by affecting local differentiation factors[J]. Clin Orthop Relat Res，2006(447):201-208.
[25]	Levy MM, Joyner CJ, Virdi AS，et al. Osteoprogenitor cells of mature human skeletal muscle tissue：an in vito study[J]. Bone，2001，29(4):317-322.
[26]	Pero-Antić A, Nastic-Mirić D, Milikić V，et al. Serum osteocalcin in children with chronic renal insufficiency[J]. Srp Arh Celok Lek，1996，124(9-10):227-231.
[27]	Nacamuli RP, Fong KD, Warren SM，et al. Markers of osteoblast differentiation in fusing and nonfusing cranial sutures[J]. Plast Reconstr Surg，2003，112(5):1328-1335.
[28]	赵煜，李冰雁，杜莉，等.磁性附着体模拟静磁场对成骨细胞分化功能的影响[J/CD].中华口腔医学研究杂志：电子版，2011，5(2):151-155.

[1]	凡军, 曹丽萍. 异鼠李素激活p38信号促进鼠间充质干细胞成骨分化[J]. 中华关节外科杂志(电子版), 2021, 15(04): 432-437.
[2]	陈玉书, 谢慧峰, 张燕红, 白波, 陈艺, 张姝江. 甲状旁腺激素在骨软骨组织中的应用进展[J]. 中华关节外科杂志(电子版), 2021, 15(02): 214-218.
[3]	刘鹏, 邓亚鹏, 曹国定, 高余, 封国超, 刘军, 甄平. 人工关节置换术后假体无菌性松动的研究进展[J]. 中华关节外科杂志(电子版), 2020, 14(03): 346-351.
[4]	杨萍, 许世敏, 李亮亮, 尹向云, 锡洪敏, 马丽丽, 李向红. 早产儿支气管肺发育不良合并代谢性骨病的影响因素[J]. 中华妇幼临床医学杂志(电子版), 2023, 19(02): 202-211.
[5]	杜牧, 陈晓波, 宋福英, 刘子勤, 钱坤. CYP27B1基因突变所致维生素D依赖性佝偻病ⅠA型患儿临床特征与基因分析[J]. 中华妇幼临床医学杂志(电子版), 2022, 18(02): 175-184.
[6]	林伟斌, 朱聪, 洪海森, 黄国锋, 高明明, 吴进, 沙漠, 林灿斌, 陈娜娜, 张晓旭, 丁真奇. 体外周期性压应力对兔胫骨骨折愈合过程成骨与破骨细胞增殖分化能力的影响[J]. 中华损伤与修复杂志(电子版), 2021, 16(04): 289-300.
[7]	陈伟洋, 田俊, 韦曦. 硅离子在骨组织修复再生领域的作用[J]. 中华口腔医学研究杂志(电子版), 2021, 15(06): 375-381.
[8]	郑慧敏, 夏贤友, 刘梦, 姚晓雨, 隋磊. 整联蛋白在骨重建中的作用[J]. 中华口腔医学研究杂志(电子版), 2021, 15(02): 124-128.
[9]	马铭秀, 徐锋, 谢铠岭, 郭亚明, 卢潼辉, 戴朝六. 术前碱性磷酸酶-前白蛋白比值对肝细胞癌切除术预后的评估价值[J]. 中华普通外科学文献(电子版), 2023, 17(02): 99-103.
[10]	李蒋鹏, 徐婷, 杨发才, 赵芷藜, 刘小鹏, 何毅, 李敬东. APAR对肝细胞癌根治性切除术后患者预后的预测价值[J]. 中华肝脏外科手术学电子杂志, 2021, 10(03): 279-284.
[11]	彭汉书, 刘彬, 陈令斌, 刘融. 血清BALP、NTX在糖尿病足骨髓炎患者中的表达及意义[J]. 中华老年骨科与康复电子杂志, 2021, 07(06): 359-363.
[12]	遆云帆, 鲁经纬, 于多, 许斌, 赵建宁, 孙国静. 老年肺癌骨转移患者临床病理特征及预后生存分析[J]. 中华老年骨科与康复电子杂志, 2019, 05(05): 279-283.
[13]	高潮清, 刘勇, 鹿冬梅, 胡俊, 李慧, 周加军. 帕立骨化醇联合西那卡塞对尿毒症继发性甲状旁腺功能亢进患者微炎症状态、碱性磷酸酶及甲状旁腺激素水平的影响[J]. 中华临床医师杂志(电子版), 2022, 16(11): 1115-1119.
[14]	张林, 翟沛. 双氯芬酸钠联合骨肽注射液对老年膝关节骨性关节炎的治疗效果及安全性评估[J]. 中华临床医师杂志(电子版), 2021, 15(05): 335-340.
[15]	向茜, 张弦, 杨晓瑞, 栾艳, 徐静, 阮小荟, 李万碧. 个旧新诊断112例Graves'病患者骨代谢指标分析[J]. 中华肥胖与代谢病电子杂志, 2019, 05(03): 142-147.

阅读次数

全文

摘要

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

Effects of different-intensity constant magnetic fields on the proliferation and function of osteoblasts in mice

模态框（Modal）标题

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

Effects of different-intensity constant magnetic fields on the proliferation and function of osteoblasts in mice