Effectivity of repetitive magnetic stimulation in mouse wound model

Abstract

자기장 치료는 현대의학에서 다양한 분야에 적용되고 있다. 이는 선행 연구에서 급성 요통의 완화에서부터 파킨슨병의 치료, 고관절 대체 수술 후 보조치료에 이르기까지 무궁무진한 응용 가능성을 보여주고 있다. 이전의 연구에 따르면 자기장 자극은 창상에 대하여 치료를 촉진시키는 것으로 나타났다. 창상은 넓은 범위의 개념으로, 외상과 같은 외부 요인에 의한 손상에서부터 당뇨병이나 말초혈관 질환 등의 임상 상태에 따른 이차적 발현에 이른다. 선행 연구상 정적 자기장 치료(Static magnetic field, SMF) 및 저주파 파동형 전기자기장 치료(Pulsed electromagnetic field, PEMF) 는 여러 차례의 동물 실험을 통해 창상 치료에 효과가 있는 것으로 나타났다. 이는 자기장 자극이 창상에 적용되었을 때 주변부의 미세 혈류를 증가시키며 해당 세포막의 전류에 영향을 줄 것이라고 추정하나 명확하게 증명되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 쥐의 창상 모델을 설정하여 반복적 전기 자극(Repetitive magnetic stimulation, RMS) 치료를 하였을 때의 창상 치유에 대한 영향을 육안적, 조직학적 뿐만 아니라 조직 주변부의 미세혈류를 육안적으로 평가할 수 있는 레이저 편광 장비를 통하여 객관적으로 분석하는 것을 목표로 한다. 15마리의 8주령 Hairless mice (wild genomic type)를 대상으로 창상 모델을 설정하여 동물 실험 연구를 진행하였다. 실험 대상은 대조군 (n=5), Sham군(n=5), RMS(repetitive magnetic stimulation)군 (n=5) 총 세 분류로 나누었다. RMS군은 반복 자기장 자극 치료(RMS)를 시행하되 sham군은 동일 시간 치료기기에 노출하나 실제로 자기장을 적용하지 않도록 설정하였다. 실험 대상은 시술 전 ketamine 과 Rompun solution의 복강내 주사를 통하여 마취하였고. 이후 실험 대상의 등 부위에 4mm의 punch를 사용하여 균일한 크기의 창상을 4군데 생성하였으며, 이후 만들어진 창상에 대조군, Sham군은 제외하고, RMS 군에만 반복 자기장 치료를 시행하였다. 자기장 치료는 230mT 세기의 disc를 부착하여 시행하였다. (circular coil, 10 Hz, 20 min/day). 자기장 치료는 실험일, 실험일로부터 1,3,5,7일째 시행되었으며, 각 시기에 육안적 분석과 레이저 편광 장비를 통한 분석을 시행하였다. 또한 3, 7일째에 조직학적 분석을 시행하였다. 육안적 분석 결과상 실험 후 5일째, 7일째에서 RMS 군이 다른 두 군에 비하여 상대적 창상 면적이 유의하게 감소한 것을 확인할 수 있었다. 또한 대조군과 Sham 군 간에는 유의한 차이가 없었다. 조직학적 분석 결과에서도 RMS 군이 다른 군에 비하여 상피화가 더 순조롭게 일어났으며, 신-상피가 주변부보다 두껍게 형성된 것을 관찰할 수 있었다. 레이저 편광 분석 역시 각 추적 관찰일 모두에서 미세혈류를 나타내는 레이저 편광 신호가 높게 측정됨을 관찰할 수 있었으며, 이는 실험 후 5, 7 일째에 두드러지는 결과를 확인할 수 있었다. 본 연구는 창상 치유 모델에서 반복 자기장 치료가 창상 치유과정을 성공적으로 촉진함을 보여주고 있다. 이는 선행 연구와 일치하며 이전부터 한계점으로 지적되어 왔던 촉진 기전의 모호함을 레이저 편광 장비를 통해 실제적으로 보여줬다는 것에 강점이 있다. 그러나 적절한 자기장 강도에 대한 분석 및 고찰이 한계점으로 추후 이 점에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 생각된다.

Magnetic stimulation is applied in various fields in modern medicine. This shows the potential for endless applications ranging from the relief of acute low back pain to the treatment of Parkinson's disease and assistive treatment after hip replacement surgery. Previous studies have shown that magnetic stimulation promotes treatment against wounds. Wound is a wide-range-concept, ranging from damage caused by external factors such as trauma to secondary manifestations according to clinical conditions such as diabetes or peripheral vascular disease. It is assumed that magnetic field stimulation increases the microcirculation of the periphery when applied to the wound and affects the current in the cell membrane, but is not clearly demonstrated. Therefore, this study aims to objectively analyze the effects of repeated magnetic stimulation in wound healing model in mouse. 15 hairless mice (8-week-old male, wild genomic type) was involved in this study. Wound model was made in the back of the hairless mouse with 4mm punch. 4 uniformly sized round wounds were made in each mouse. The mice were divided into three categories: control (n=5), Sham group (n=5), and RMS (repetitive magnetic stimulation) group (n=5). In the RMS group, repeated magnetic field stimulation treatment (RMS) was performed (230mT intensity, circular coil, 10 Hz, 20 min/day), while the sham group was exposed to the treatment device at the same time, but was set not to actually apply the magnetic field. Magnetic field treatment was performed on the 0, 1st, 3rd, 5th and 7th days from the experiment day. Gross photo was taken in each days for measuring the wound size and laser speckle contrast image was performed to evaluate the circulation around the wound. On the 3rd and 7th days, tissue was harvested from the wound for histologic evaluation. As a result of visual analysis, on the 5th and 7th days after the experiment, the relative wound area was significantly reduced in the RMS group compared to control and Sham groups. In addition, there was no significant difference between the control group and the Sham group. In the histological analysis results, it was observed that the RMS group had a faster epithelialization than the other group, and that the neo- epithelium was formed thicker than the other groups. In the laser speckle analysis, enhanced speckle image indicating the microcirculation, was observed on each follow-up day and this enhancement of laser speckle image was more definitely observed on the 5th and 7th days after the experiment. This study shows that repeated magnetic field therapy in the wound healing model successfully promotes the wound healing process. This is consistent with previous studies, and has the advantage of showing the clue of mechanism, which has been pointed out as a limitation in previous studies because of its ambiguity, through laser polarization equipment. However, the lack of adequate analysis and consideration for the optimal strength of magnetic field is a limitation of this study, and it is considered that further studies on this point will be needed in the future.