2.1   物理手段干预骨髓间充质干细胞的研究进展   目前较成熟的物理手段包括低强度脉冲超声、激光辐射、牵张应力、电刺激、脉冲电磁场等。对干细胞的分化研究一直是组织工程研究的重点领域，其中物理因素相较于化学和生物因素，体现出更高的可控性、安全性以及更低的细胞毒性，逐渐成为调控骨髓间充质干细胞增殖和分化的常用手段[5-14]，见图3。"

2.2   影响骨髓间充质干细胞成骨、成软骨分化的相关物理因素及作用机制    2.2.1   电磁场   电磁场作为电磁作用的一种媒介，对骨组织和成骨细胞均有着重要的影响，常用于脊髓损伤和骨折的辅助治疗。电磁场对骨髓间充质干细胞的增殖和分化具有积极作用，TU等[15]研究表明电磁场预处理后骨髓间充质干细胞的成骨和成软骨分化能力增强，成脂分化能力减弱，电磁场暴露联合骨髓间充质干细胞对大鼠胫骨骨不连具有显著的治疗作用。脉冲电磁场是脉冲电流通过线圈时在线圈中所产生的一种瞬态电磁场，利用脉冲发生装置的可调性产生特定的脉冲电流，从而产生特定频率、特定强度、特定上升时间及特定脉宽的脉冲电磁场。研究表明，脉冲电磁场可改善骨微结构[16]，上调骨髓间充质干细胞中Runt相关转录因子2和碱性磷酸酶的表达，同时，脉冲电磁场干预可通过降低Beclin1、LC3、P62的表达，抑制骨髓间充质干细胞的自噬，为干细胞提供适度自噬水平从而促进成骨分化。研究表明，电磁场对干细胞分化具有积极作用，然而电磁场的场强度、场频率、持续时间和应用方法仍无统一的标准，需要在未来的工作中进行更多的探究。 文章总结了电磁场对骨髓间充质干细胞成骨、成软骨分化的研究进展[17-23]，见表1。 "

2.2.2   机械力刺激   在人体中，骨组织与细胞代谢受到多重力学刺激的影响，包括剪切应力、静水压力、流体动力压力、拉伸应力等，骨组织感知机械应力，将其转化为生化信号，通过分子机制将其传导到细胞内，并最终诱导细胞反应，如启动关键基因表达的信号通路、蛋白质合成、细胞表型修饰等。研究表明，对骨髓间充质干细胞施加牵张应力刺激可调控Notch1信号通路，使Notch1和Jagged1蛋白表达显著升高，从而促进骨髓间充质干细胞的增殖和成骨分化，抑制成脂分化[24-25]。ZAYZAFOON等[26]发现微重力环境可抑制人骨髓间充质干细胞成骨分化，并促进成脂分化。BECQUART等[27]对骨髓间充质干细胞给予剪切应力刺激可激活细胞外信号调节激酶1/2信号通路，促进骨髓间充质干细胞成骨分化。REIPRICH等[28]将人骨髓间充质干细胞暴露于10 Pa的流体剪切应力下，发现流体剪切应力可上调人骨髓间充质干细胞中骨矿化相关基因的表达。 文章总结了机械力刺激对骨髓间充质干细胞成骨、成软骨分化的研究进展[29-33]，见表2。 "

2.2.3   电刺激   近年来，电刺激对干细胞诱导分化具有一定的促进作用，施加一定电刺激可适当促进间充质干细胞的成骨分化。陈艳梅等[34]研究发现，通过给予物理电刺激，可激活磷脂酰肌醇-3-羟激酶(phosphatidylinositol 3- hydroxykinase，PI3K)、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶B(serine/ threonine protein kinase，AkT)通路和细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)通路，从而调控骨髓间充质干细胞向平滑肌细胞转化。HU等[35]发现直流电场治疗可上调成骨分化相关基因Runt相关转录因子2的表达，促进骨髓间充质干细胞成骨分化。LEPPIK等[36]研究表明，间充质干细胞与支架暴露在体外电刺激3周可显著促进其成骨分化，在体内实验中也可以一定程度上促进骨形成及成骨相关基因表达。UZIELIENE等[37]发现在不存在生长因子的情况下，仅使用电刺激也能有效诱导骨髓间充质干细胞成软骨分化。 电刺激方法已被广泛应用于骨组织工程研究中，能促进细胞增殖和分化。YU等[38]开发的新型耦合生物纳米发电机(HCBG)，不仅克服了一般植入式自供电发电机结构复杂、能源不稳定的缺点，而且通过上调胞质钙离子来激活成骨分化，实现了电刺激增强骨髓间充质干细胞的体外成骨分化和体内骨再生。SHEN等[39]将新型压电聚偏二氟乙烯-三氟乙烯层涂覆在氧化铟锡平面微电极上，发现电刺激能够通过钙介导的蛋白激酶C信号通路调节骨髓间充质干细胞的成骨分化。 文章总结了电刺激对骨髓间充质干细胞成骨、成软骨分化的研究进展[40-44]，见表3。 "

2.2.4   低强度脉冲超声   低强度脉冲超声是一种安全有效的加速骨愈合的疗法[45]，具有机械效应、空化效应、热效应等生物物理学特性，已广泛应用于治疗骨折、关节炎、肌腱和韧带损伤以及其他疾病[46]，研究发现低强度脉冲超声可以改善干细胞的治疗效果[47]。 细胞迁移是细胞的基本生命活动之一，受到细胞内外信号源的刺激和调节，研究表明，低强度脉冲超声可以通过调节自噬来促进骨髓间充质干细胞迁移和治疗骨关节炎[48]，CHEN等[49]研究发现低强度脉冲超声可通过激活黏着斑激酶和细胞外调控激酶1/2信号通路促进骨髓间充质干细胞在体内和体外的迁移。此外，WANG等[42]发现使用强度为30 mW/cm2的低强度脉冲超声干预3-7 d， 可显著促进骨髓间充质干细胞向牙槽骨缺损区的迁移和归巢，并不同程度地促进Ⅰ型胶原蛋白和骨桥蛋白的表达，提示低强度脉冲超声可促进骨髓间充质干细胞的成骨分化。CHEN等[50]结合压电BaTiO3涂层Ti6Al4V支架和低强度脉冲超声，使得支架具备良好的力电响应性，压电与超声共刺激来触发电流上调成骨相关基因表达。 文章总结了低强度脉冲超声对骨髓间充质干细胞成骨、成软骨分化的研究进展[51-54]，见表4。 "

物理手段干预骨髓间充质干细胞分化机制见图4。 "