Effect of magnetic field on poroelastic bone model for internal remodeling

This paper studies the effects of the magnetic field and the porosity on a poroelastic bone model for internal remodeling. The solution of the internal bone remodeling process induced by a magnetic field is presented. The bone is treated as a poroelastic material by Biot＇s formulation. Based on the theory of small strain adaptive elasticity, a theoretical approach for the internal remodeling is proposed. The components of the stresses, the displacements, and the rate of internal remodeling are obtained in analytical forms, and the numerical results are represented graphically. The results indicate that the effects of the magnetic field and the porosity on the rate of internal remodeling in bone are very pronounced.

Comparison of Effects of MPTCP and PTCP Ceramics Implanted for the Treatment of Bone Defects in Rabbits

The magnetic porous tricalcium phosphate (MPTCP) and porous tricalcium phosphate (PTCP) ceramic cylinders were implanted into right and left bone defects of rabbits' radii in order to determine the utility of the MPTCP ceramics. Based on naked eye inspection, light and scanning electron microphotography, roentgenography,quantitative histological measurement of new bone formation and anti-break test for a period of 5 months. The results showed that the two kinds of ceramics were biocompatible with human tissue. MPTCP ceramics could induce more new bone formation than PTCP ceramics. Treatment of fractures with synthetic calcium phosphate ceramics and magnetic fields were discussed.

Wave Propagation Model in a Human Long Poroelastic Bone under Effect of Magnetic Field and Rotation

This article is aimed at describing the way rotation and magnetic field affect the propagation of waves in an infinite poroelastic cylindrical bone.It offers a solution with an exact closed form.The authors got and examined numerically the general frequency equation for poroelastic bone.Moreover,they calculated the frequencies of poroelastic bone for different values of the magnetic field and rotation.Unlike the results of previous studies,the authors noticed little frequency dispersion in the wet bone.The proposed model will be applicable to wide-range parametric projects of bone mechanical response.Examining the vibration of surface waves in rotating cylindrical,long human bones under the magnetic field can have an impact.The findings of the study are offered in graphs.Then,a comparison with the results of the literature is conducted to show the effect of rotation and magnetic field on the wave propagation phenomenon.It is worth noting that the results of the study highly match those of the literature.

Magnetic responsive scaffolds and magnetic fields in bone repair and regeneration

Increasing evidence shows that magnetic fields and magnetic responsive scaffolds can play unique roles in promoting bone repair and regeneration. This article addresses the synergistic effects of magnetic scaffolds in response to external magnetic fields on the bone regeneration in situ. Additionally, the exploration of using magnetic scaffolds as tools in the bone implant fixation, local drug delivery and mimicking microenvironment of stem cell differentiation are introduced. We also discussed possible underlying mechanisms and perspectives of magnetic responsive scaffolds in the bone repair and regeneration.

A magnetic hydroxyapatite composite scaffoldbased magnetic therapy for bone repair:an experimental study in canis lupus familiaris

While the beneficial effect of magnetic nanoparticle on the biological functions of calcium phosphate scaffolds has been well documented,little is known about the effect of magnetic nanoparticle on the in vivo performance of hydroxyapatite(HA)scaffolds.In this study,to further investigate the influence of magnetic hydroxyapatite(MHA)scaffolds on bone repair and the interactions between the magnetic scaffolds and the exterior magnetic field in vivo,we implanted the scaffolds into a beagle dog experimental model of femur transverse defect.Compared with traditional HA scaffolds,the MHA scaffolds could accelerate bone tissue regeneration in situ,especially in the first month.Moreover,it had a synergic effect between external magnetic fields and MHA scaffolds on bone repair in vivo.After 1 month,the bone density on MHA exposed to an external magnetic field was roughly 30%greater than that of HA,and only slightly less than the bone density observed on HA after 3 months.Overall,the results suggest the improvement of bone ingrowth is critical for HA scaffold with magnetic fields,which is significant for the early bone fixation and repair.

Large Gradient High Magnetic Field Affects Structure and Function of Bone Cells

With the development of superconducting technology, the superconducting magnet, which can produce a stable large gradient high magnetic field (LG-HMF) environment to

磁性纳米材料与磁场效应加速骨损伤修复

背景:磁性纳米材料具有促进干细胞成骨分化和抑制破骨细胞形成等生物活性,并在磁场协同下有效促进损伤骨组织愈合,在骨损伤修复中具有广阔的应用前景。目的:综述磁性纳米材料与磁场促进骨修复的作用机制,及其在骨损伤修复领域的研究进展。方法:在PubMed和Web of Science数据库中进行相关文献检索,检索词为“magnetic nanomaterials,magnetic field,bone repair,bone tissue engineering,stem cell,osteoblast,osteoclast”。检索文献时限为2003-2023年,将其进行筛选和分析,最终纳入98篇文献进行分析。结果与结论:①磁性纳米材料具有促成骨细胞分化、抑制破骨细胞形成和调节免疫微环境等生物效应;此外,磁性纳米材料可调节组织工程支架的机械性能和表面形貌等理化性质,并赋予其磁性,有利于调控干细胞的黏附、增殖与成骨分化。②磁场具有调控细胞内多条信号通路发挥促成骨细胞分化、抑制破骨细胞形成和刺激血管生成等生物学效应,从而加速损伤的骨组织愈合。③磁性纳米材料与磁场的联合应用,通过激活机械转导、增加细胞内磁性纳米粒子含量、增强微磁场效应等加速骨损伤修复,为骨组织工程的研究提供了新的思路。④磁场在临床骨折、骨质疏松症和骨关节炎疾病的治疗中展现出确切疗效,促进骨组织生长、减轻骨质流失和缓解疼痛,改善患者的生活质量。⑤磁性纳米材料与磁场在骨损伤修复与再生中应用潜力大,但磁性纳米材料、磁场和细胞之间的相互作用机制尚未完全阐明,而且磁场调控细胞内分子事件的关键参数,包括磁场类型、强度、频率、作用时间和作用方式等,以及特定磁场对骨细胞的精确生物效应和潜在机制仍有待明确。⑥未来需要进一步关注其对损伤组织微环境中的破骨细胞、神经、血管和免疫细胞的影响,而关于磁性材料用于人体安全性问题,有待系统性研究其分布、代谢以及急性和慢性毒性等。

磁响应水凝胶在骨组织工程中的作用与优势

背景:磁响应水凝胶在骨组织工程中具有极大的优势,有利于微创、高效地促进成骨。目的:阐述磁响应水凝胶在骨组织工程领域的应用进展。方法:检索PubMed、Web of Science、万方和中国知网数据库检索相关文献,英文检索词为“Magnetic Hydrogels,Magnetic Nanoparticles,Superparamagnetic Nanoparticles,Fe3O4,SPIONs,Magnetic Fields,Bone Regeneration,Bone Repair,Bone Tissue Engineering”;中文检索词为“磁性水凝胶、磁性纳米粒子、超顺磁性氧化铁纳米粒、磁场、氧化铁纳米粒、骨再生、骨重建、骨修复、骨组织工程”,根据纳入与排除标准对所有文章进行初筛后,最终纳入60篇文章进行综述。结果与结论:①近年来由于磁性纳米粒子的出现,大量的磁响应支架材料被开发出来,其中,含有氧化铁纳米粒子和超顺磁性氧化铁纳米粒子的磁响应水凝胶力学性能突出、生物相容性良好,能够快速响应外部磁场,为种子细胞提供成骨所需的磁机械信号。②磁响应水凝胶可以作为载体精准调控生长因子的释放时机。③基于磁响应水凝胶的三维微环境培养平台下,磁响应水凝胶与细胞之间的界面磁力能够激活细胞表面敏感受体、增强细胞活性、促进新生骨质与宿主骨的整合。④可注射磁响应水凝胶能够应用于骨肿瘤的磁热疗以及生物成像领域。⑤目前,磁响应水凝胶有望模拟出天然骨组织中观察到的各向异性分层结构,然而关于磁响应水凝胶的研究大多集中于体外研究,与体内的局部微环境作用机制仍然不充分。⑥因此,目前基于磁性纳米粒子已经成功地应用于磁共振成像的示踪,未来有望在磁性纳米粒子的性能上优化,构建具有合适降解性能、机械性能和血管功能化的能够实时监测体内变化的磁响应水凝胶。

静磁场通过促进骨重建和血管生成治疗股骨头坏死

目的:探究静磁场对股骨头坏死大鼠骨重建和血管生成的影响。方法:45只雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠按照随机数字表法分为假手术组(Sham组,n=15)、股骨头坏死组(ON组,n=15)和股骨头坏死静磁场治疗组(ONS组,n=15)。手术切断大鼠股骨头圆韧带、结扎股骨颈,制造股骨头缺血性坏死模型,使用本课题组研发的200 mT静磁场装置对大鼠进行为期4周的治疗。骨密度仪检测大鼠ON组股骨头组织的骨密度(BMD)和骨矿含量(BMC)。HE染色、MacNeal′s染色、抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)染色评估组织学改变。Western印迹方法检测Runt相关转录因子2(RUNX2)和活化T-细胞核因子1(NFATc1)重组蛋白的表达水平。墨汁灌注实验分析股骨头血管生成情况。结果:与ON组相比,ONS组大鼠股骨头BMD与BMC均增加(t=-5.372、-4.584,均P<0.001)。静磁场抑制了ON组大鼠骨量减少(t=-4.038,P<0.001)、成骨细胞数/骨表面下降(t=-8.227,P<0.001)、破骨细胞数/骨表面增加(t=4.116,P<0.05)和血管生成减少(t=-3.613,P<0.01)。此外,静磁场使RUNX2表达增加(t=-5.850,P<0.01),NFATc1表达降低(t=3.618,P<0.05)。结论:静磁场通过改善骨重建和血管生成,达到治疗股骨头坏死的目的。

磁场成骨效应在口腔领域的应用及机制研究进展

磁场是一种安全、无创的物理治疗方法。大量研究证实磁场具有良好的成骨效应,在加速正畸牙移动、促进种植体骨整合、促进骨折愈合和提高牵张成骨效果等方面有一定的临床应用价值,有望成为治疗口腔疾病的一种有效辅助手段。为更好地将磁场应用于临床,本文就磁场在口腔领域的应用、对骨组织细胞的生物学效应和磁场调控骨代谢的分子机制三方面进行综述。磁场对骨组织细胞的生物学效应主要体现为促进成骨细胞和间充质干细胞的成骨,降低骨细胞的凋亡率,对破骨细胞的影响则尚无定论。在分子层面,骨组织细胞感应并响应磁刺激,磁信号经位移电流、洛伦磁力和自由基对效应等机制转变为生物可识别的电信号,进而激活下游P2嘌呤能受体、腺苷受体信号通路、转化生长因子-β受体信号通路、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,m TOR)和Notch通路等信号网络。此外,本文还探讨了影响磁场成骨效应的因素——磁场参数,以期为临床医生提供参考。然而,磁场成骨效应的作用机制目前尚未明确,继续深入研究磁场的作用机制可为骨组织再生和牙周组织再生提供有效策略。另外,聚焦磁场的作用靶点,将磁场与其他药物联合应用,可为口腔疾病的治疗提供新思路。

静磁场对牙周炎大鼠牙周膜组织中骨形成蛋白-2影响的实验研究

目的观察静磁场对实验性牙周炎大鼠牙周膜组织中骨形成蛋白-2(BMP-2)表达的影响。方法36只大鼠牙周结扎、高糖喂食5周,确定形成牙周炎模型后,分为2组,每组18只。实验组在大鼠双侧颊部皮下组织区埋入表面磁场强度为0.12T的磁体,实验对照组埋入不充磁的磁体。2组大鼠分别于术后的第2、4、7天处死,切取牙周炎患牙及其周围牙周组织,采用SABC免疫组化方法检测病变区牙周膜组织中BMP-2的变化。同时设正常对照组。结果静磁场作用后,牙周膜组织中BMP-2表达增多,第4天和第7天时与实验对照组间存在显著性差异(P<0.05)。结论静磁场能够促进牙周炎牙周膜细胞分泌BMP-2,从而参与牙周组织的修复与重建。

磁场对去卵巢大鼠骨密度、骨强度和骨代谢的影响

本文研究了旋转恒定磁场对去卵巢大鼠骨密度、骨强度和骨代谢的影响。结果表明磁场处理 30分钟且加钙组的骨密度、能量吸收、弹性能量吸收、最大载荷、最大桡度和弹性桡度等指标均显著高于去卵巢组 ,分别增加3 5 % ,15 4 % ,12 4 % ,7 6 % ,5 8% ,11 9%和 5 2 %。其碱性磷酸酶、血磷、血钙等指标也比去卵巢组分别高 71%、10 8%、15 6 %。实验还检测了暴磁 1个月及停止暴磁后 1到 2个月 ,大鼠骨密度和骨矿含量的变化 ,结果表明磁场处理存在着窗口效应和滞后效应。

脉冲电磁场对绝经后骨质疏松症的治疗作用

目的探讨低频率低强度脉冲电磁场（PEMFs）对绝经后骨质疏松症（OP）大鼠的治疗作用。方法3-5月龄雌性SD大鼠经手术分别摘取两侧卵巢（OVX），对照组实行假性去除卵巢手术（sham），术后1月对手术组大鼠分组治疗，3个月后处死动物，检测大鼠股骨骨密度（BMD）、股骨生物力学指标、血清钙（Ca）、磷（P）、碱性磷酸酶（ALP））等生化指标。结果与模型组大鼠相比，PEMFs治疗大鼠绝经后体重增长缓慢，BMD、右腿股骨承受应力明显增强，血清（Ca、P、ALP）值明显改善，提示PEMFs对绝经后雌激素缺乏引起的骨质疏松症大鼠有良好的治疗作用。

静磁场对骨组织影响的实验研究

目的 :探讨静磁场的生物学作用 ,为临床各领域的应用提供依据。方法 :将钐钴制成的圆锥形磁化与非磁化金属材料植入大鼠股骨内 ,并设未手术的正常对照组。观察 12周后分别利用二维X线吸收法装置 (DEXA)测定骨密度 (BMD)及利用OCPC法测定骨钙含量。结果 :植入磁化金属的大鼠股骨骨密度与骨钙含量均高于对应部位植入非磁化金属的大鼠 (P <0 .0 1) ,但前者的数值基本与未手术组相等。而在体重、血清Ca、血清ALP、末梢血各种细胞成分及肱骨、胫骨的骨密度 ,3组间未见显著差异。结论 :长期的局部静磁场刺激骨组织 ,可以预防骨密度下降。

体内植入生物陶瓷后新骨形成的定量分析

用人工合成材料多孔磷酸三钙陶瓷（PTCP）及磁性多孔磷酸三钙陶瓷（MPTCP）颗粒植入大白鼠股骨骨钻孔中（直径3mm），经4个月定期组织切片、扫描电镜观察及组织切片新骨形成定量分析表明，两种陶瓷均具有良好的生物相容性，且能在体内发生降解。MPTCP陶瓷促进新骨形成的能力优于PTCP陶瓷，成骨方式不变即软骨内成骨。新骨形成定量分析法简便实用；有助于类似实验模型切片中组织构成的定量分析。

UNION-2000型脉冲电磁场系统对绝经后骨质疏松症的疗效分析

目的 :探讨脉冲电磁场对骨代谢的影响及对骨质疏松症的治疗作用。方法 :选择绝经后骨质疏松症患者3 0例 ,年龄 48～ 82岁 ,平均 5 9.8岁。采用UNION -2 0 0 0型骨质疏松治疗系统进行治疗 ,每次治疗 40min ,10次为一疗程 ,总共 3个疗程。应用双能X线吸收骨密度仪分别在治疗前及治疗完成后 3个月进行L2～ 4 及wards区骨密度测定。采用腰痛疾患治疗成绩评分 ,评价临床症状改善情况。结果 :总疗程结束后 ,16例患者L2～ 4 骨密度平均增加 5 .64 % ,14例患者wards区骨密度平均增加 6.18% ,治疗前后骨密度值存在显著差异 (P <0 .0 5 )。腰痛疾患治疗成绩 :治疗前评分( 11.3± 2 .8) ,治疗后评分 ( 19.7± 3 .2 ) ,两者存在显著差异 (P <0 .0 5 ) ,改善率为 71.8%。结论 :UNION -2 0 0 0型骨质疏松治疗系统通过激活酶系统 ,改善骨代谢 ,对绝经后骨质疏松症具有缓解骨痛 ,增加骨密度的作用 ,值得在临床上推广应用。

静磁场对大鼠牙周膜组织中骨形成蛋白-2表达的影响

目的:观察静磁场对大鼠牙周膜组织中骨形成蛋白(BMP-2)的影响,探讨磁场对牙周膜组织的作用机制。方法:35只健康雌性Wistet大鼠,随机分为对照组、实验对照组和实验组。在实验对照组和实验组的大鼠双侧颊部,分别埋入未充磁的磁体和表面磁场强度为0.12 T的磁体,于术后第2、4、7天,切取双侧上颌磨牙及其周围牙周组织。采用免疫组化方法,检测局部牙周膜组织中BMP-2的变化。结果:牙周膜成纤维细胞、成骨细胞、成牙骨质细胞及胶原纤维中均可见BMP-2阳性染色。实验对照组与正常组的牙周膜BMP染色相似;静磁场作用后,实验组牙周膜组织中:BMP-2增多。统计学分析表明,在加磁场后的第4、7天,实验组与各对照组间存在显著差异,P<0.05。结论:静磁场可促进牙周膜细胞分泌BMP-2,推测静磁场对牙槽骨的生长具有一定的修复作用。

恒磁场对培养的骨髓间充质干细胞成骨分化的影响及机制

目的 观察不同强度的恒磁场作用不同时间对体外培养的大鼠骨髓间充质干细胞（mesenchymal stem cells, MSCs） 向成骨细胞分化的影响及机制。方法 密度梯度离心法分离大鼠骨髓单核细胞进行体外培养。以3～4代的MSCs为靶细胞，对其进行诱导分化和施以恒磁场处理。磁场暴露强度分别为0、0.5、1.5、2、3 mT。以IFCC推荐法检测碱性磷酸酶（alkaline phosphatase, ALP）活性表达；茜素红染色观察钙结节的数量和大小；放免法检测骨钙素（osteocalcin, OCN）和Ⅰ型胶原的分泌；Western blot分析MAPK P38信号分子的磷酸化，并探讨其特异性阻断剂对恒磁场调控MSCs成骨分化的影响。结果①恒磁场明显促进Ⅰ型胶原和ALP的活性表达，增加OCN的分泌及钙结节的形成，其中1.5～2 mT磁场强度促MSCs成骨分化作用最为明显；②恒磁场促进磷酸化MAPK P38的表达；③加入P38信号通路SB253580明显抑制恒磁场的促成骨效应。 结论 磁场促进MSCs成骨分化，其机制与P38信号分子的激活有关。

陶瓷真空室镀膜工艺改进及脉冲磁场时间特性测量

介绍了合肥光源二期工程注入段陶瓷真空室的改进情况,采用新的镀膜技术,大大改善了脉冲磁场的延时特性,减少了储存环注入时的轨道扰动,提高了注入束流累积效速率。改进了原来的点线圈磁场测量方法,采用带有积分电路及抗干扰措施的双线圈测量装置测量了真空室内的脉冲磁场延时特性,使脉冲磁场延时误差测量的分辨率达到ns量级,给出了测量结果。

低频磁场对后肢去负荷大鼠骨代谢的影响

目的探讨低频磁场对去负荷大鼠骨质的影响,为骨丢失的防护提供实验依据。方法SD大鼠随机分为3组:对照组(AC)、悬吊组(SC)、磁场组(MFC)(14.2mT·0.5hd),每组9只,实验期为21天。实验结束后测定各组大鼠血尿生化指标、骨生物力学、矿盐含量和一氧化氮(NO)的含量。结果与AC组比较,SC组大鼠骨矿盐含量及生物力学性能均显著下降,而MFC组大鼠与SC组比较血尿各项生化指标均有不同程度的改善,骨生物力学和矿盐含量均显著增加;股骨干NO含量明显减少。结论低频磁场可改善大鼠因去负荷引起的骨代谢和骨结构异常,减少骨丢失,提高骨生物力学性能,降低骨折危险度。