發光二極體應用於骨折之骨再生研究

本研究主要是利用發光二極體（Light-Emitting Diodes, LED）應用於骨折之骨再生。先前實驗室已建立利用血小板濃厚液（Platelet Rich Plasma, PRP）促進骨前驅細胞走向骨分化，進而預防骨質疏鬆症之發生，該研究已發表於2011年與2012年之國際期刊（Biomaterial, 2011&2012）。為了進一步了解LED是否可達到骨再生的效果，本研究首先利用細胞增生實驗，證實紅光LED（波長630 nm，劑量2 J/cm2）對骨前驅細胞（MC3T3-E1）具增加細胞增生之能力；細胞骨分化實驗，分別以骨分化基因（OPN及OCN）及骨分化染色（Alizarin Red S）結果證實紅光LED可促進細胞骨分化及骨礦化之作用；同時於細胞划痕實驗（Wound Healing Assay）與遷移小室實驗（Transwell Assay），證實紅光LED具促進細胞遷移之能力。接著將利用上述結果之發現，紅光LED不僅可促進細胞增生及促進骨分化之作用，同時也具促進細胞遷移之能力，進而應用至老鼠骨折之骨再生。動物實驗設計，將利用紅光LED治療具骨折之老鼠，並於第14天，取下老鼠腿骨，由X-ray、免疫化學組織染色（Immunohistochemistry）及微型電腦斷層掃描（ Micro computed tomography ），評估老鼠之骨癒合程度與骨生長情形（骨質密度、骨體積及骨小樑數目），並利用發炎相關基因（L-1s、IL-6，及TNF-α）、噬骨（RANK、RANKL， 及OPG）及造骨相關基因（RUNX2、OPN，及OCN）探其作用之機制。結果證實，紅光LED於老鼠骨折上，具增加骨癒合之速度及促進骨折部位之骨質密度、骨體積及骨小樑數目，進而修復老鼠之骨折，且於骨環境中證實LED可降低發炎因子的表現，同時調控噬骨細胞之分化，並增加骨細胞之分化，以上結果證實LED具有骨再生之能力，預期能作為後續以骨折研究為基礎之臨床前發展。