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和也公司與西北工業大學深圳研究院聯合發表磁場與骨質流失的重磅研究論文

發布日期:2020-02-1913:09:00瀏覽:-
和也公司與西北工業大學深圳研究院聯合研究又出新成果——由西北工業大學深圳研究院商澎教授團隊牽頭,和也健康科技團隊參加的磁場與骨代謝平衡的研究論文,近日發表在國際骨代謝研究的頂級科學雜志“Journal of Bone and Mineral Research(《骨和礦物質研究雜志》)“上,論文題目為“Disorder of Iron Metabolism Inhibits the Recovery of Unloading-Induced Bone Loss in Hypomagnetic Field(《鐵代謝紊亂抑制亞磁場中去負荷引起的骨質流失》)”。該項研究揭示了模擬空間極低磁場(亞磁場)環境,抑制了后肢去除力學負荷刺激引起骨質疏松的小鼠的正常骨重塑平衡的恢復,該效應的過程和機制與機體鐵代謝密切相關[1]。該研究結果對于未來人類航天活動中的骨骼系統健康維護,以及地面大量人群的骨質疏松都具有基礎理論意義和潛在的應用價值。

方董與商澎教授


早在2018年9月7日,西北工業大學深圳研究院空間生物實驗模擬技術國防重點學科實驗室就與和也公司正式簽約,雙方達成戰略合作意向,聯合開展科學研究和人才培養,以及成果轉化等產學研深度合作。此次聯合發表論文,是雙方合作的第3篇高水平論文。未來雙方將會更加緊密合作,共同為促進我國磁生物醫學基礎研究,以及磁健康產品研發繼續努力。

國際科學研究表明,空間微重力環境是影響航天員骨骼健康最主要的因素,在太空低軌道長期飛行期間,空間微重力環境對骨骼的影響主要表現為骨量減少、骨密度降低和骨生物力學性能下降[2]。
除空間微重力之外,空間亞磁場環境也是影響航天員健康的環境因素之一??臻g亞磁場通常是指太空中磁感應強度低于地磁場的極弱靜態磁場環境,磁感應強度0 < |B| ≤ 5 μT。例如,0 < |B| ≤300 nT 區間的亞磁場可稱作“月球磁場”,300 nT ≤ |B| ≤5 μT 區間的亞磁場可稱為“火星磁場”[3]。最近,我們研究發現亞磁場抑制了后肢去荷引起的骨質流失恢復,其潛在機制可能與體內鐵含量的增加有關。

本研究采用小鼠后肢去負荷模型模擬空間微重力效應,采用由坡莫合金和硅鋼板構成的屏蔽室來屏蔽地磁場以得到亞磁場環境(圖1)。該屏蔽室體積較大,可用于動物的飼養,屏蔽效果好,能得到強度小于300 nT的亞磁場。

研究結果表明:亞磁場抑制了后肢去負荷引起的降低的骨礦物質含量(BMC)的恢復,以及惡化的股骨松質骨和皮質骨微觀結構的恢復(圖2),此外,對小鼠股骨的生物力學性能也產生了極大的負面影響(圖3)。

亞磁場屏蔽室及小鼠后肢去負荷模型

圖1 亞磁場屏蔽室及小鼠后肢去負荷模型

股骨松質骨和皮質骨通過μCT進行了分析

圖2 股骨松質骨和皮質骨通過μCT進行了分析

通過三點彎曲檢測股骨生物力學性能

圖3 通過三點彎曲檢測股骨生物力學性能

同時,在亞磁場中重新加載4周的小鼠,肝臟、腎臟、脾臟和股骨的鐵含量水平沒有恢復到正常生理水平。暴露于亞磁場后,血清鐵和鐵蛋白濃度也未恢復到對照組水平(圖4)。這些結果表明,亞磁場抑制小鼠股骨骨質疏松的恢復,可能是通過抑制小鼠后肢去負荷積累的鐵含量恢復到正常生理水平。

檢測肝臟、腎臟、脾臟、股骨和血清中的鐵含量

圖4 檢測肝臟、腎臟、脾臟、股骨和血清中的鐵含量

研究還發現DFO處理降低了小鼠體內鐵含量,同時發現,后肢去負荷引起的小鼠骨骼功能受損,經DFO處理后,其骨骼微觀結構和力學性能都恢復到地磁場對照組水平(圖5)。

亞磁場下DFO處理對骨重塑的影響

圖5  亞磁場下DFO處理對骨重塑的影響

總之,我們發現鐵過載時,亞磁場對微重力引起的骨丟失的恢復的抑制作用增強(圖6)。此外,這些發現為空間環境誘發的骨質疏松癥提供了一種潛在的預防策略,可以幫助航天員預測可能的有害風險,并針對其具體作用機制開發相應的防護措施。

亞磁場抑制微重力誘導的骨丟失恢復基本機制的示意圖

圖6 亞磁場抑制微重力誘導的骨丟失恢復基本機制的示意圖

References :

1.Xue YR, Yang JC& Shang P. Disorder of Iron Metabolism Inhibits the Recovery of Unloading-Induced Bone Loss in Hypomagnetic Field. J Bone Miner Res. 2019.DOI: 10.1002/jbmr.3949 .
2.Vico L & Hargens A. Skeletal changes during and after spaceflight. Nat Rev Rheumatol, 2018. 14(4): 229.
3.Mo W C, Ying L & He R Q. Hypomagnetic field, an ignorable environmental factor in space? Sci China Life Sci,2014. 57(7): 726-728.

來源:鐵骨磁心

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