Resonance May Elucidate New Bone Formation Induced by Low amplitude and High frequency Mechanical Stimuli

고주파 미세자극에 의한 뼈의 생성에 관한 모델링

Bone is a self-assembly material. It is known that the low amplitude and high frequency mechanical stimulus, which is much less amplitude but higher frequency than those induced by the normal activity, can induce new bone formation. The vibrating resonance is employed to elucidate why new bone is formed by this kind of mechanical stimulus. For example, as 30 Hz and $5{\mu}{\epsilon}$ mechanical stimulus is applied at the wall of canaliculus (the tiny tube type pathway of bone fluid flow and the diameter of canaliculus is less than 200nm), the osteocytic cell membrane experiences $1,000{\mu}{\epsilon}$ strain due to the vibrating resonance. Two experiments will follow after this pilot study; (1) observing the MAPK pathway of osteocytes by using in-vitro cell culture and (2) visualizing the actin filament network in the osteocytes by using the imaging technique, such as confocal laser scanning microscope.

뼈가 왜 고주파 미세자극(low amplitude and high frequency)에 반응하는가를 진동의 공명현상(resonance)을 이용하여 접근해 보았다. 예를 들면 30Hz, $5{\mu}{\epsilon}$ 정도의 진동이 뼈 내 골수 간질액 (bone fluid)의 흐름을 주관하는 미세관(canaliculus) 내벽에 작용할 경우 빔 형태의 구조물들로 연결되어 있는 골세포돌기 세포막 (osteocytic process membrane)은 공명현상에 의해서 $1,000{\mu}{\epsilon}$ 이상으로 증폭된다. 이 결과는 사전조사 형태에 속하며, 향후 (1) 세포실험을 통하여 세포내 신호전달체계변화를 분자생물학적인 방법으로, 그리고 (2) 세포내 골격계에 해당하는 액틴필라멘트의 변화를 공초점 주사 레이져 현미경 (Confocal Laser Scanning Microscope)등의 영상기기의 사용으로 관찰하려고 한다.