この研究は、電磁界による骨形成促進のメカニズムへの骨芽細胞間ギャップ結合の関与を検討する目的で、MC3T3-E1細胞株（前骨芽細胞のモデル）およびROS 17/2.8細胞株（高分化骨芽細胞のモデル）のギャップ結合における細胞間コミュニケーションが超低周波（ELF）磁界ばく露により変化するか否かを調べた。ELF磁界ばく露システムは、倒立顕微鏡台および組織培養インキュベータの使用が可能なように設計された。実験の結果、周波数範囲30 - 120 Hz、磁束密度は最大12.5 Gまでの磁界は、増殖期のMC3T3-E1細胞株のギャップ結合コミュニケーションを用量依存的に低下させることが示された；ギャップ結合タンパク質コネキシン43の総量、それらの細胞質および細胞膜での分布は磁場ばく露によって変化しなかった；ギャップ結合コミュニケーションを阻害する細胞内カルシウム（[Ca(2+)](i)）は磁界ばく露によって変化しなかった；ROS 17/2.8細胞株および分化が進行したMC3T3-E1細胞株においては、全く同じばく露条件において、ギャップ結合コミュニケーションへの影響はなかった；以上の知見から、ELF磁界は低分化型または前駆型の骨芽細胞にのみ影響を及ぼすことが示された、と報告している。
| ばく露 | パラメータ |
|---|---|
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ばく露1:
30–120 Hz
ばく露時間:
1 h before injection; 1.5 h during injection
injection method (ROS 17/2.8 cells and MC3T3-E1 cells)
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ばく露2:
60 Hz
ばく露時間:
experiment 1 (3 days old MC3T3-E1 cells): continuous for 4 h; experiment 2 (4, 8, 15, 23 days old MC3T3-E1 cells): 1 h pre-exposure of parachuting cells + 16 h exposure of all cells
parachute method
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ばく露3:
60 Hz
ばく露時間:
continuous for 3 h
distribution of connexin (MC3T3-E1 cells)
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ばく露4:
30–120 Hz
ばく露時間:
continuous for 1 h
assessment of calcium (MC3T3-E1 cells)
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Three different, not always for certain assignable exposure setups: i) setup according to Wang 1997: two 1.8 cm long solenoids with a radius of 3.8 cm and a double-layer of 100 turns of wire; for cancellation of the horizontal component of the geomagnetic field: pair of 0.7 cm long coils with a radius of 3.8 cm and 71.4 turns of wire, separated by 7.2 cm ii) setup according to Merrit 1983: four square coils with a sidelenght of 25 cm; upper and lower coils: 40-turn copper magnet wire at a distance of 25 - 37 cm; two middle section coils: 17-turn copper magnet wire at a distance of 6.4 cm iii) Helmholtz coil: exposure system built into a CO2 tissue culture incubator
| ばく露の発生源／構造 |
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|---|---|
| ばく露装置の詳細 | cells grown on coverslips mounted in a round coverslip holder; in most coverslips 4-5 cells in the central portions of the coverslip were injected |
| Sham exposure | A sham exposure was conducted. |
| 測定量 | 値 | 種別 | Method | Mass | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| 磁束密度 | 1.25 mT | maximum | 測定値 | - | application of different magnetic flux densities: 0.01, 0.1, 0.3, 0.6, 1.25 mT |
| 周波数 | 60 Hz |
|---|---|
| タイプ |
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| 波形 |
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| ばく露時間 | experiment 1 (3 days old MC3T3-E1 cells): continuous for 4 h; experiment 2 (4, 8, 15, 23 days old MC3T3-E1 cells): 1 h pre-exposure of parachuting cells + 16 h exposure of all cells |
| Additional information | parachute method |
| 測定量 | 値 | 種別 | Method | Mass | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| 磁束密度 | 1.25 mT | - | 測定値 | - | - |
| 周波数 | 30–120 Hz |
|---|---|
| タイプ |
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| 波形 |
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| ばく露時間 | continuous for 1 h |
| Additional information | assessment of calcium (MC3T3-E1 cells) |
| ばく露の発生源／構造 |
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|---|---|
| ばく露装置の詳細 | cells grown on coverslips mounted in a round coverslip holder |
| Sham exposure | A sham exposure was conducted. |
データは、周波数範囲が30-120Hz、磁束密度が1.25mTまでの磁界は、増殖期のMC3T3-E1細胞におけるギャップ結合細胞間情報伝達を量依存的に減少させることを示した。コネキシン43の総量、及び細胞質と血漿膜画分との間のコネキシン43ギャップ結合タンパク質の分布は、磁界ばく露によって変化しなかった。ギャップ結合情報伝達を阻害し得る細胞質カルシウムは磁界ばく露によって変化しなかった。
同一のばく露条件では、ROS 17/2.8細胞株のギャップ結合情報伝達は変化せず、MC3T3-E1細胞はより分化した。ゆえに、超低周波磁界はあまり分化していない骨芽細胞、または前骨芽細胞にのみ影響し、完全に分化した骨芽細胞には影響しないのかも知れない。その結果、電磁界は骨芽前駆細胞または前骨芽細胞に対してのみ及ぼす影響によって、骨の修復を支援するのかも知れない。
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