以鎂離子與靜磁場共同作用 加速牙髓幹細胞之骨分化作用

組織再生工程有三個要素，細胞、支架與訊息因子，支架分為不可降解之材料，如：316L不銹鋼、純鈦、鈦合金，以及可降解之材料，如：純鎂、鎂合金，其中鎂金屬的材料性質與自然骨相似，自然骨的彈性模數約3~20 GPa，密度約1.8~2.1 g/cm3，鎂金屬的彈性模數則是約45 GPa，密度約1.74~2.0 g/cm3，因此可以避免應力遮蔽效應及二次手術將植體取出的優點。而當被人體降解吸收時，會釋放出鎂離子，鎂離子在人體中含量約0.4 g/kg，在不同組織所佔的比例也大不相同，分別為骨：60-65%；組織：35%；血液：1-2%，而且鎂離子在人體中參與了三百多種酵素的反應，在細胞的能量製造中也會參與反應，形成Mg-ATP，進而促使細胞增生、分化。然而單一的鎂離子促進細胞增生、分化的效果有限，因此本研究使用物理方式的刺激幫助鎂離子作用於牙髓幹細胞，物理刺激有許多種類如:遠紅外線、超聲波、磁場等，這些刺激方式能加速血液循環、減少疼痛、加速骨癒合等作用，而靜磁場這種刺激方式是最簡單的，無須任何外加能量即可使用，也不會對人體有不良之影響，因此本實驗將探討鎂離子與靜磁場共同作用於牙髓幹細胞的生物效應。
本實驗使用細胞外生法取得牙髓幹細胞，並以流式細胞儀測試牙髓幹細胞的表面特徵蛋白，而牙髓幹細胞的多重分化特性則是以誘導分化培養基，誘導其分化為硬骨、軟骨、脂肪細胞，並以染色法分析其分化能力。在鎂離子與靜磁場對牙髓幹細胞的細胞活性測試中，以培養基中添加50 ppm鎂離子，並將細胞暴露於0.4 T的靜磁場上，分析細胞增生的狀況。接著進行鎂離子與靜磁場作用於牙髓幹細胞的骨分化實驗，再以細胞活性MTT、Alizarin Red S染色，並以即時定量聚合酶連鎖反應(Real-time PCR)確認細胞活性，以及礦化結節(Mineralization nodules)與骨分化基因的表現。
實驗結果發現，以添加有50 ppm鎂離子的培養基培養牙髓幹細胞會促使細胞活性增加(p < 0.05)，而將鎂離子及0.4 T靜磁場共同作用於牙髓幹細胞，也會增加其細胞活性(p < 0.05)，但靜磁場的作用不明顯。而當我們將牙髓幹細胞培養於添加有50 ppm鎂離子的骨誘導分化培養基時，細胞活性會明顯降低(p < 0.05)，且受到鎂離子及0.4 T靜磁場共同作用的組別其礦化結節會比較明顯。因此我們對牙髓幹細胞做骨分化基因的分析，結果顯現，單獨的使用鎂離子或靜磁場皆能促使牙髓幹細胞增加骨分化基因的表現，但是表現量並沒有增加許多，然而在兩者共同作用的組別中，其RUNX2、ALP、BMP2、OCN等骨分化代表基因的表現量會明顯增加(p < 0.05)。
因此我們可以總結，鎂離子與靜磁場共同作用於牙髓幹細胞，促使牙髓幹細胞骨分化能力加乘。