The effect of pulsed electromagnetic field in human intervertebral disc cell

Abstract

[한글]

연구계획 : 실험자 연구연구목적 : 저 파동성 전자기장에 대한 인간 추간판 세포의 생물학적 반응을 알아보기 위함.연구배경 : 전자기장은 세포 증식, 합성, 성장인자의 분비 및 세포 내 전사조절 등 생체 내의 다양한 생물학적 반응을 조절한다고 알려져 있다. 또한 불유합 지연유합 혹은 척추 유합술에서의 전자기장은 효과적으로 골형을 유도하였다. 더구나 척추 추간판 조직에 대한 연구로서는 흡연에 의한 추간판 변성 변화가 전자기장에 의해 역전될 수 있음이 보고된 적 있었다.대상 및 방법 : 인간 추간판 세포를 분리하여 alginate bead를 이용한 3차원 배양을 하였다. 배양한 추간판 세포에 다양한 시간별로 저 파동성 전자기장(650Ω, 1.8militesla magnetic flux density, 60Hz sinusoidal wave)을 조사하였다. 세포 독성은 MTT assay, 당단백 생성은 [35S]-sulfate incorporation과DNA생성은 [3H]-thymidine incorporation으로 분석하였으며 aggrecan, 제Ⅰ형 교원질, 제Ⅱ형 교원질 mRNA 발현은 RT-PCR에 의한 densitometric assay로 분석하였다.결과 : 전자기장 조사에 의한 세포독성은 나타나지 않았다. 전자기장에 의해 세포 증식력은 증가하였으나 DNA합성으로 정량화한 당단백은 감소하는 경향을 나타내었다. 또한 연골성 표현형인 aggrecan (48시간 조사)과 제Ⅱ형 교원질 (48시간 조사) mRNA 발현은 대조군과 비교하였을 때 감소함을 나타내었다.결론 : 전자기장이 인간 추간판 세포의 DNA합성을 자극하는 효과는 가지고 있으나 연골성 기질생성은 감소시킴을 알 수 있었다.

[영문]Objectives: To assess the effect of pulsed sinusoidal electromagnetic fields (EMF) on human intervertebral disc (IVD) cells.Summary of literature review: EMF are known to modify some relevant physiologic parameters of cells cultured in vitro such as proliferation, synthesis, secretion of growth factors and transcription. EMF induces bone formation in delayed or non-union and spinal fusion model. Also, the exposure of EMF was shown to protect hazardous effect of smoking in rabbit IVD.Materials and Methods: Human IVD cells were cultured three-dimensionally in alginate beads. EMF were exposed to IVD cells with 650Ω, 1.8millitesla magnetic flux density, and 60Hz sinusoidal wave. Cultures were divided into control and EMF group with various exposure times. Cytotoxicity, DNA synthesis, and proteoglycan synthesis were measured by MTT assay, [3H]-thymidine, and [35S]-sulfate incorporation respectively. Reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) was performed for aggrecan, collagen type I, and II mRNA expression.Results: There was no recognizable cytotoxicity in EMF groups. Cellular proliferation was stimulated in EMF group (p<0.05). Newly synthesized proteoglycan normalized by DNA synthesis was decreased with EMF group (p<0.05). In culture with EMF exposure, there was decreased expression of aggrecan (48 hours exposure) and type II collagen (48 hours exposure) mRNA compared to control group, while there was no difference in collagen type I mRNA expression.Conclusion: EMF seem to be hazardous in chondrogenic matrix synthesis while marginally beneficial in cellular proliferation in human IVD cells.