Pulsed electromagnetic field stimulation in tissue engineering In Vitro

Abstract

AB3:Diplomityön tarkoituksena oli selvittää matalataajuisen pulssimuotoisen sähkömagneettikentän (PEMF) vaikutuksia kudosteknologiassa, keskittyen PEMF:n vaikutuksiin ihmisrasvasta eristettyjen kantasolujen ja osteoblastien kaltaisten solujen, osteosarkoomasolujen, lisääntymiseen. Viimeisten 30 vuoden aikana on tutkittu pulssimuotoisten sähkömagneettikenttien vaikutuksia luukudokseen. In vitro- ja in vivo-tutkimusten mukaan pulssimuotoiset sähkömagneettikentät vaikuttavat useisiin luusolujen ominaisuuksiin, kuten solujen lisääntymiseen (proliferaatioon), erilaistumiseen (differentiaatio), solunulkoisen matriksin synteesiin sekä kasvutekijöiden synteesiin. Lisäksi PEMF- kenttiä käytetään edistämään luun parantumista vaikeissa luunmurtumissa. Aikaisemmissa tutkimuksissa on käytetty normaaleja ihmisen osteoblasteja sekä luusyöpäsoluja. Tutkimukset ovat toistaiseksi keskittyneet lähinnä optimaalisten stimulointiparametrien selvittämiseen. Tulokset ovat olleet hieman ristiriitaisia. Aikaisempien tutkimusten pohjalta suunniteltiin ja toteutettiin PEMF- laitteisto - kelatorni ja signaaligeneraattori. Tutkimuksessa käytettiin ihmisrasvasta eristettyjä mesenkymaalisia kantasoluja ja osteoblastien kaltaisia soluja, osteosarkoomasoluja. Soluja stimuloitiin sähkömagneettikentässä 24 tuntia kahden vuorokauden ajan. Magneettivuon tiheyttä ja taajuutta vaihdeltiin. Aaltomuotona käytettiin kanttiaaltoa. Soluja kasvatettiin lämpökaapissa kaksi päivää, jonka jälkeen soluille tehtiin mittaus. Koe toistettiin kolmesti. Tutkimuksessa soluille tehtiin mittaus, joka kertoo solujen suhteellisen määrän. Proliferaatiotulosten perusteella olisi mielenkiintoista nähdä jatkotutkimuksena PEMF:n vaikutukset myös solujen erilaistumiseen, differentiaatioon.

Electromagnetic fields have gained more and more interest in the therapy of bone fracture healing, bone diseases as well as research in tissue engineering. Induced currents caused by a chancing magnetic field have been found to affect the cell proliferation and differentiation. The aim of this Master of Science Thesis was to examine the effects of pulsed electromagnetic field (PEMF) stimulation in tissue engineering and especially to study the effects of it on the proliferation of mesenchymal stem cells, harvested from human adipose tissue and on the proliferation of osteoblast-like cells, such as osteosarcoma cells. After studying the previous research that has been done a signal generator and a coil apparatus generating the PEMF was designed and built. A simulation program was used to simulate the magnetic and electric fields caused by the PEMF device to verify the effective fields. Based on the results obtained in proliferation it would be interesting to see the effects of PEMF on osteogenic cell differentiation in vitro. It would also be interesting to see the effects of PEMF in vivo.