◆ 緒 論
磁鐵是口腔醫學常使用的一種裝置，其最早的應用多集中於全口假牙的固定及作為牙齒贗復的連接裝置(Thompson, 1964; Winkler, 1967; Javid, 1971)。然而由於早期的磁鐵材料如鋁-鎳-鈷合金(AlNiCo)或鈷-鉑合金(PtCo)的磁力強度仍然不足，因此在應用上仍有相當的限制。近幾年來，由於稀土金屬(rear earth metal)磁鐵製作技術的進步，尤其是銣鐵硼磁鐵(NdFeB)的發明，使得磁鐵得以在小型化之後仍能擁有足夠的磁力，這不僅使得磁鐵可以提供贗復義齒所需的結合力(Melissa et al., 2001)，更可作為臨床矯正所需的力量來源(Darendeliler et al., 1997)。但隨著磁鐵的應用日廣及高磁化製造技術的進步，磁場對組織的生物效應也開始受到牙醫師的關切。

磁鐵的形式依其產生的原因可以分為電磁鐵(electromagnet)與永久磁鐵(permanent magnet)，其中電磁鐵依其供電方式的不同又可以產生不同的磁場形式，分別為交流磁場(alternative current electromagnetic field, ACMF)、直流脈衝式磁場(pulsed electromagnetic field, PEMF)及直流靜磁場(static electromagnetic field, SMF)三種；而永久磁鐵所產生的磁場並不會因為時間的改變而改變，因此亦為靜磁場的一種。最早提出磁場對生物有負面影響的是1979年Wertheimer 及Leeper的一篇公共衛生學報導，他們的研究發現，交流電所產生的交流磁場會導致小兒白血病及腦部的腫瘤，此篇論文雖然在研究方法上受到很大的質疑，但卻也開啟了長達二十年的論戰。有關交流磁場是否會導致細胞病變，正面及負面的研究結果都很多，但近幾年的研究結果傾向於認為，交流磁場對細胞變性的影響是間接的作用，並不會直接作用在DNA上，但在細胞發生變性時，交流磁場會抑制變性細胞的自我死亡機制(programmed cell death)，而導致變性細胞持續成長與增生，同時這樣的作用是具有細胞選擇性的(Liburdy et al., 1993; Harland & Liburdy, 1997; Simko et al., 1998; Fanelli et al., 1999; Leman et al., 2001; Blackman et al., 2001)。

不同於交流磁場對生物組織的負面作用，直流脈衝式磁場很早就被用來作為促進骨頭增生，並成為治療骨折後長久不癒合的工具(Bassett, 1989)，其作用機制是利用通電的線圈在骨頭上所產生的感應電流，來達到電刺激骨質增生的目的(Friedenberg et al., 1971)。由於脈衝式電磁場刺激骨癒合的成功率可以達到80%以上，且幾乎不受骨折位置、不癒合期及手術次數的影響(Basett et al., 1981; Sharrard et al., 1982; Garland et al., 1991)，因此早在1979年美國食品藥物管理局(FDA)即已核准這項治療技術，迄今已實際普遍地應用在臨床治療上，並獲致很好的療效(Gossing et al., 1992; Trock, 2000 )。

由以上可知，磁場對生物組織的影響會因磁場形式與作用細胞的不同而有不同的結果。目前臨床矯正常用的磁鐵都是永久磁鐵，其所產生的靜磁場與生物組織的交互作用主要可能有三個(Trock, 2000)：第一，是電磁感應效應，即其會對體內電解質溶液中的離子產生一個作用力；第二，是磁-力效應(magnetomechanical effect)，即均勻的靜磁場可能與體內某些特定分子發生交互作用，例如Atef 等人(1995)的報告即指出，靜磁場會改變血紅蛋白的構形，並進一步影響其帶氧的能力；第三，是帶電粒子的共振作用，即影響原子核和電子的自旋方向，但此作用對人體的影響，仍沒有明確的報告。

第一個矯正用的magnetic bracket是由Kawata等人(1977)設計，一年後更採用稀土金屬作為磁鐵材料(Kawata et al., 1978; Kawata & Matsuga, 1979)，以提供更大的磁力。其後的臨床報告均顯示，磁鐵的使用在特定的情形中，確實可以提供更好的力量控制與便利性(Blechman, 1985; Gianelly et al., 1989; Darendeliler & Joho, 1992)，並加速牙齒的移動(Darendeliler et al., 1995)。然而，雖然離體實驗結果認為稀土金屬材料本身對人體組織的毒性作用可以忽略(Tsutsui et al., 1979; Bondemark et al., 1994a，1994b)，且臨床使用的磁鐵均已做過鍍層處理，以減少磁鐵材料釋出物對纖維母細胞(fibroblast)可能的生長抑制作用(Evans & McDonald, 1995)，但對於磁鐵所產生磁場之生物作用，一直到近幾年才漸被重視並有較深入的探討。

如表一所示，靜磁鐵對pulp、buccal gingival、buccal mucosa、osteoblast等口腔細胞或組織並沒有明顯的作用(McDonald, 1993; Bondemark et al. 1995a； Bondemark et al., 1998)，而對於纖維母細胞影響的研究，則因不同的實驗室與實驗方法而有不同的結果。

Linder-Aronson 與 Lindskog (1995)曾將人類牙周韌帶中的纖維母細胞進行體外培養，發現受靜磁場刺激之細胞數目，明顯地低於未曝露於磁場下的控制組。這樣的結果與稍早McDonald (1993)的發現完全相反，McDonald的實驗是在體外培養老鼠尾部取出的纖維母細胞，並發現曝露於磁場的細胞會有比較明顯的細胞增殖現象，他們因此推論靜磁場的曝露會導致口腔內如牙周韌帶或牙齦組織的增生。此外，Wiskirchen 等人(1999, 2000)亦曾將人類肺部的纖維母細胞長期地曝露於2000-15000高斯的強磁場中，以研究核磁共振儀對纖維母細胞的影響，卻發現纖維母細胞的生長在強磁場的長時間作用下，並未受到任何明顯的影響。沒有一個實驗室的結果曾被另外的獨立研究室證實過(Darendeliler et al., 1997)。由於各家實驗的結果相差很大，因此本研究室特針對磁場對纖維母細胞的生長反應進行驗證。

◆ 實驗材料與方法
本研究選擇纖維母細胞為研究對象，因其為牙周韌帶與牙齦組織及骨表面組織的主要細胞成分。為去除磁場環境對來自不同組織的纖維細胞影響之特異性，本研究以胚胎纖維母細胞(3T3)為測試對象，細胞以每孔15104的密度(500 l) 培養於24孔培養盤中，所使用的培養基為含有10%胎牛血清(fetal bovine serum, Hyclone, USA)與1%盤寧西林(penicillin, HyClone, USA)的DMEM(Dulbecco's modified Engle's Medium, HyClone, USA)中，並置於37℃，5% CO2的細胞培養箱(REVCO, USA)中。受測之培養細胞分為兩組，一組置於磁化的銣鐵硼磁鐵上，磁鐵尺寸為8.5*13.5*1 cm (與培養盤長寬尺寸相同)，磁鐵中心表磁為2000高斯。另一組細胞置於距離25cm 的同一培養箱中，以高斯計量測其所在環境的磁場強度為0.3高斯，即在地磁範圍內(Bondemark et al., 1995a)。每個24孔盤均分為四組，每組有5個細胞樣品，自細胞植入一天後連續四天測量受磁場暴露與未受磁鐵曝露之細胞的存活情形。

細胞存活以MTT (3-[4,5-dimethylthylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyltetrazolium bromide) 檢驗組套來定量分析細胞分裂的情形。在兩組細胞植入24孔盤之後隔天，於其中5孔中加入MTT 50 l，並放回細胞培養器中繼續培養4小時，MTT在被活細胞代謝之後會變成帶有顏色的formazan，細胞活性越高，則其所呈現的顏色越深。在加入MTT四個小時後加入SDS 500 l。隔天經免疫酵素分析儀測定，可於590 nm 的波長讀取細胞之吸光值，並由其結果分析細胞活性。重複之量測分別於第1, 2, 3, 4天進行量測，受磁場暴露與未受磁場曝露之兩組之細胞活性差別以Student t-test進行檢驗。此外，為了瞭解細胞型態受磁場作用後的變化，本研究亦將細胞培養於4000G的磁場下觀察其型態變化，並與未受磁場曝露的細胞作一比較。

◆ 實驗結果與討論
(圖二)為纖維母細胞受磁場曝露與未受磁場曝露時，其MTT測試之結果，在四天的測試中，未受曝露的細胞均有較高的細胞活性，其中前三天有顯著的差異(p<0.05)或極顯著的差異(p<0.001)。此外，磁場曝露與未曝露組之MTT平均值差異於第1, 2, 3, 4天分別為0.015, 0.031, 0.063, 及0.074，亦有越來越大之趨勢。而在以4000高斯磁場強度作用於纖維母細胞之後，受曝露的細胞於第三天發生明顯的死亡現象，而未受磁場的細胞則狀況良好(如圖三)。
早期曾有許多的研究討論磁鐵對口腔組織的影響，但當時的研究大多著重於磁鐵材料本身或其釋出物的生物毒性，因此當時的結論為經過表面鍍層處理的磁鐵並沒有生物毒性，因此認為磁鐵裝置是無害的(Tsutsui et al., 1979; Darendeliler et al., 1997)。至於磁鐵所產生的磁場之生物效應則較少被討論，再加上近年來磁鐵材料與製造技術的進步，所能提供的磁場強度遠非早期的磁鐵裝置所能相比。

本研究室的實驗結果則顯示，受磁場曝露的纖維母細胞會有明顯的細胞活性下降的趨勢，此結果與Linder-Aronson 與 Lindskog (1995)對人類牙周韌帶中的纖維母細胞所進行的體外培養實驗之結果一致。至於這樣的結果與McDonald (1993)及Wiskirchen等人(1999, 2000)的實驗結果不同的原因，或許是因為他們的實驗所培養的纖維母細胞並不是來自口腔組織，且其所曝露的磁場強度遠高於臨床矯正所使的1700-2000 高斯之磁場強度 (Bondemark et al., 1994c; Bondemark et al., 1995b)。最近的研究也發現，不同的細胞種類對靜磁場刺激的反應與程度會有很大的差別(Fanelli et al., 1999)。這樣的變異性與特異性似乎也存在不同組織中的纖維母細胞。

由於身體組織對靜磁場的影響幾乎沒有遮蔽作用(Rapachoil & Greenebaum , 1999)，因此臨床矯正時使用的磁鐵所產生的磁場，是可能達到纖維母細胞的位置，而首當其衝的可能就是牙周韌帶與牙齦組織。但因為體外的細胞培養實驗與真實組織中的情形仍有不同，因此，是否靜磁鐵同樣會使得口腔組織中的纖維母細胞之生長及活性受到抑制，仍有待更進一步的實驗加以探討，但本研究結果卻指出了一個重點，即在未有大規模的體內與離體實驗結果證實磁場的作用之前，不斷地增加磁場強度以獲取更大的矯正拉力，是值得商榷的。此外，由於體外細胞培養實驗並不適合進行長時間(long-term)的研究與觀察，因此口腔組織與細胞對磁鐵長時間作用的影響也有待更進一步的研究及探討。

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