Medan elektromagnetik berdenyut melindungi terhadap keropos tulang akibat radiasi

Radioterapi adalah salah satu pengobatan kanker yang paling umum, secara efektif memperpanjang masa hidup dan meningkatkan angka kesembuhan pasien kanker. Namun, kerusakan tulang yang disebabkan oleh radioterapi – termasuk berkurangnya massa tulang, peningkatan kerapuhan tulang, dan peningkatan risiko patah tulang dan osteonekrosis – masih menjadi masalah umum yang saat ini belum memiliki upaya penanggulangan yang efektif.

Radiasi menyebabkan kerusakan ini dengan menekan pertumbuhan, kelangsungan hidup dan pematangan sel-sel pembentuk tulang yang disebut osteoblas, sehingga menghambat pembentukan tulang. Salah satu solusi yang potensial adalah paparan terhadap medan elektromagnetik non-invasif (EMF), yang diketahui merangsang pertumbuhan dan diferensiasi osteoblas, dan dapat mengurangi efek iradiasi. Kini tim peneliti di Tiongkok telah mengidentifikasi bentuk gelombang EMF yang optimal untuk memaksimalkan kemanjuran pengobatan tersebut, dan melaporkan temuannya di Kemajuan ilmu pengetahuan.

Da Jing, dari Universitas Kedokteran Militer Keempat, dan rekannya pertama-tama melakukan stimulasi EMF pada sel-sel tulang menggunakan berbagai bentuk gelombang, termasuk EMF sinusoidal, EMF pulsa tunggal, dan EMF pulsed-burst (PEMF). Untuk menilai respons sel, mereka memantau ion kalsium intraseluler (Ca²⁺) pensinyalan, salah satu respons seluler paling awal terhadap rangsangan eksternal.

Tim menemukan bahwa PEMF menginduksi Ca intraseluler yang lebih kuat²⁺ memberi sinyal pada osteoblas yang diiradiasi dibandingkan bentuk gelombang lainnya, ditandai dengan Ca yang unik²⁺ osilasi dengan banyak Ca²⁺ sepatu berduri. Analisis lebih lanjut menunjukkan bahwa bentuk gelombang PEMF yang sebelumnya tidak teridentifikasi dengan intensitas medan magnet 2 mT dan frekuensi 15 Hz menimbulkan respons terkuat pada osteoblas. Sebaliknya, bentuk gelombang PEMF ini tidak berpengaruh pada jenis sel tulang yang diiradiasi lainnya (osteoklas dan osteosit).

Selanjutnya, para peneliti menyelidiki apakah PEMF yang diberikan menggunakan parameter optimal ini dapat mengurangi keropos tulang akibat radiasi in vivo. Dalam penelitian pada tikus, mereka memaparkan satu tungkai belakang ke dua dosis radiasi fokus 8 Gy (selisih satu hari) dan menggunakan mikro-CT untuk menilai struktur tulang 45 hari kemudian. Anggota badan yang disinari menunjukkan kehilangan tulang trabekuler yang signifikan, termasuk penurunan fraksi volume tulang dan kepadatan mineral tulang sekitar 50% dibandingkan dengan sisi yang tidak disinari.

Kelompok tikus kedua menerima PEMF seluruh tubuh setiap hari (2 jam/hari) selama 45 hari setelah iradiasi. Perawatan ini memulihkan massa tulang dan sifat mekanik pada tungkai belakang yang diiradiasi hingga setara dengan anggota tubuh yang tidak diiradiasi, dengan menyelamatkan osteoblas. Tim mencatat bahwa PEMF tidak berpengaruh pada berat badan atau asupan makanan hewan.

Setelah menunjukkan bahwa paparan PEMF dapat mengurangi pengeroposan tulang akibat radiasi, penting juga bahwa PEMF tidak berdampak buruk pada pengobatan tumor. Dengan mengingat hal ini, para peneliti membandingkan sensitivitas osteoblas dan berbagai sel tumor (kanker payudara, kanker usus besar, melanoma ganas, dan sel osteosarkoma) terhadap PEMF.

Iradiasi mengurangi viabilitas sel dan mendorong apoptosis pada semua jenis sel. Yang terpenting, meskipun PEMF meningkatkan viabilitas osteoblas dan menghambat apoptosis osteoblas, PEMF tidak berpengaruh pada viabilitas atau apoptosis sel tumor mana pun pada titik waktu mana pun.

Para peneliti mengaitkan selektivitas ini dengan keberadaan silia primer – organel sensorik yang mendeteksi dan menerjemahkan isyarat mekanis ekstraseluler – yang bertindak sebagai sensor PEMF. Silia primer ini sangat melimpah pada osteoblas, namun tidak terdapat pada sebagian besar sel tumor. Dalam sebuah percobaan di mana pembentukan silia primer pada osteoblas yang diiradiasi dihambat, peningkatan kelangsungan hidup dan diferensiasi osteoblas yang dimediasi oleh PEMF hampir hilang sama sekali.

“Mengingat bahwa, di antara semua jenis sel tulang, osteoblas sangat sensitif terhadap radiasi, rejimen PEMF ini, yang menginduksi aktivasi spesifik osteoblas, tampaknya merupakan pendekatan yang menjanjikan dan sangat efisien terhadap kerusakan tulang akibat radiasi,” para peneliti menyimpulkan.