Université Libre de Bruxelles
>Campus Erasme
Laboratoire de recherche en orthopédie traumatologie (LROT)
Route de Lennik, 808 | 1070 Bruxelles
EMF and cell differentiation (1999-2017)
Activity reports
2013-2017
M. Hinsenkamp, J.-F. Collard
Nous avons observé une réponse biologique après exposition de différents tissus (os d’embryons de souris in vitro [Hinsenkamp et al., 1982], os d’embryons de poulet in vivo [Rooze et al., 1985], os d’embryons de cailles in vivo [Hinsenkamp et al., 1985b], culture d’explants épidermiques humains in vitro [Hinsenkamp et al., 1997; Collard et al., 2011] et dans des applications cliniques [Hinsenkamp et al., 1984, 1985, 1993]) à des champs électriques ou électromagnétiques pulsés de basses fréquences et de faible amplitude. Toutefois, le mécanisme d’action au niveau cellulaire n’est pas connu. Dans nos différents modèles, la réponse biologique aux champs électromagnétiques de basses fréquences est une accélération de la différentiation cellulaire au détriment de la prolifération cellulaire.
Etant donnĂ© la cohĂ©rence des rĂ©ponses de nos diffĂ©rents modèles, nous avons cherchĂ© Ă identifier le mĂ©canisme impliquĂ© par une analyse des processus biologiques et des changements potentiels dans les fonctions cellulaires. Pour ce faire, nous avons travaillĂ© sur les donnĂ©es obtenues dans l’analyse de la modification de l’expression des gènes. L’exploitation de l’énorme quantitĂ© de donnĂ©es gĂ©nĂ©rĂ©es par le screening microarray (puce U133 Plus 2.0, voir Effets des champs sur les kĂ©ratinocytes) est complexe, mais il s’agit de l’un des meilleurs outils pour formuler des hypothèses plus prĂ©cises et plus complètes sur les mĂ©canismes d’action des champs Ă©lectromagnĂ©tiques [Collard et al., 2013, 2015; Hinsenkamp et al., 2011, 2015].
Voir aussi “Etude des effets d’un courant Ă©lectrique pulsĂ© de basses frĂ©quences sur les kĂ©ratinocytes humains” (J.-F. Collard, Thèse de doctorat) : http://difusion.ulb.ac.be.
COST Action BM1309 EMF-MED – European network for innovative uses of EMFs in medical applications. Implication active de notre laboratoire:
- J.-F. Collard fait partie du comité de gestion (représentant belge). Il oeuvre dans la promotion des études des mécanismes cellulaires et insiste sur l’importance de la synthèse des connaissances actuelles.
- Prof. M. Hinsenkamp est membre suppléant du comité de gestion.
2009-2013
M. Hinsenkamp *1, J.-F. Collard *1, F. Corazza *2, B. Mertens *3,1, V. Cosmin Lazar *4, Y. Le Priol *5, A. Nonclercq *6
*1 Laboratoire de Recherche en Orthopédie Traumatologie; Hôpital Erasme-ULB, Brussels, Belgium
*2 Laboratory of Hematology, HĂ´pital Brugman-ULB, Brussels, Belgium
*3 Bio-, Electro- And Mechanical Systems Laboratory (BEAM), Faculté des Sciences Appliq, ULB, Brussels, Belgium
*4 Computational Modeling Lab (CoMo), Department of Computer Science, VUB, Brussels, Belgium
*5 Solution Specialist EMEA, Elsevier
*6 Laboratoires d’Images, Signaux et Dispositifs de TĂ©lĂ©communications” (LIST), groupe Traitement des Signaux. FacultĂ© des Sciences AppliquĂ©es, ULB, Brussels, Belgium.
L’objectif de notre recherche est de vĂ©rifier si les champs Ă©lectromagnĂ©tiques sinusoĂŻdaux Ă 50 Hz ont un effet direct ou indirect sur les processus biologiques. A partir de modèles biologiques montrant des modifications significatives (accĂ©lĂ©ration de la diffĂ©rentiation cellulaire) après exposition Ă des champs Ă©lectriques et magnĂ©tiques spĂ©cifiques modulĂ©s en trains d´impulsions asymĂ©triques de basses frĂ©quences et de faible amplitude, nous analysons si certaines caractĂ©ristiques de ces signaux et leurs possibles effets biologiques pourraient ĂŞtre gĂ©nĂ©rĂ©s par une onde sinusoĂŻdale de 50 Hz (1).
Nous recherchons les mĂ©canismes biologiques impliquĂ©s au niveau cellulaire Ă partir d’un screening par microarray. Pour cette Ă©tude, nous utilisons des cultures de kĂ©ratinocytes prĂ©levĂ©s lors d’opĂ©rations chirurgicales d’abdominoplastie. Nous analysons l’expression gĂ©nique de 38 500 gènes humains bien caractĂ©risĂ©s Ă l’aide de puces microarray Affymetrix®. L’application de champs Ă©lectriques et magnĂ©tiques de frĂ©quence extrĂŞmement basse Ă l’aide d’Ă©lectrodes en platine entraĂ®ne une modification significative de l’expression des gènes. Certains gènes surexprimĂ©s, tels que DKK1, TXNRD1, ATF3, MME, MACF1 (2), BMP-2 jouent un rĂ´le dans la rĂ©gulation de la prolifĂ©ration et de la diffĂ©rentiation cellulaire. BMP-2 est par exemple une protĂ©ine clĂ© dans la diffĂ©renciation ostĂ©oblastique (3, 4).
Les rĂ©sultats confirment nos observations prĂ©cĂ©dentes avec une inhibition de la chaine de rĂ©action WNT. Une augmentation de l’expression de DKK1 est Ă©galement en accord avec une diminution de la prolifĂ©ration cellulaire et une accĂ©lĂ©ration de la diffĂ©rentiation cellulaire. SAPK/JNK rĂ©gule l’expression de DKK1 qui peut ĂŞtre activĂ©e par de nombreux facteurs environnementaux, des cytokines inflammatoires et des facteurs de croissance. Un rĂ©cepteur aux ELF pourrait les complĂ©ter (2).
D’autres gènes, dont la rĂ©gulation est plus tardive, sont en cours d’analyse et confirment eux aussi les rĂ©sultats prĂ©cĂ©demment obtenus.
Nous avons publiĂ© dans la revue internationale Biophysics and Molecular Biology (5) une Ă©tude, rĂ©alisĂ©e par une mĂ©thode d’analyse triangulaire, montrant que la stimulation ELF accĂ©lère certains processus cellulaires naturels. Nos rĂ©sultats montrent que la stimulation ELF accĂ©lère l’augmentation ou la diminution de la rĂ©gulation de certains gènes qui, dans des circonstances normales, suivront cette tendance particulière (vers le haut ou vers le bas) mais d’une façon plus lente. Les gènes identifiĂ©s dans cette Ă©tude sont Ă©galement impliquĂ©s dans la prolifĂ©ration et la diffĂ©renciation cellulaire.
Dans la leucĂ©mie infantile la plus frĂ©quente, la leucĂ©mie lymphoblastique aigue (ALL), plusieurs Ă©tudes montrent une augmentation de la concentration de Ăź-catenine et une activation de la chaine de rĂ©action WNT. A l’opposĂ©, nos rĂ©sultats montrent une rĂ©action totalement inverse : la Ăź-catenine et la chaine de rĂ©action WNT sont inhibĂ©es par la prĂ©sence de DKK1. (2)
Dans aucun de nos rĂ©sultats expĂ©rimentaux, nous n’observons un effet pathologique, mais bien une accĂ©lĂ©ration ou une inhibition des processus physiologiques normaux.
Voir de plus amples informations sur les Effets des champs sur les kératinocytes.
(1) Hinsenkamp M, Burny F, Donkerwolcke M, Schuind F, Collard JF. Le Laboratoire de Recherche en Orthopédie Traumatologie – LROT. Revue Médicale de Bruxelles. 32(6 Suppl):S16-22 (2011)
(2)Collard, J.-F., Mertens, B. and Hinsenkamp, M. In vitro study of the effects of ELF electric fields on gene expression in human epidermal cells. Bioelectromagnetics, 32:28-36 (2011).
(3)Hinsenkamp, M. and Collard, J.-F. Bone Morphogenic Protein-mRNA upregulation after exposure to low frequency electric field. Int Orthop, 35(10):1577-81(2011).
(4) Hinsenkamp M. Effets des champs Ă©lectriques et Ă©lectromagnĂ©tiques sur la diffĂ©renciation cellulaire et leur intĂ©rĂŞt en chirurgie orthopĂ©dique et traumatologique. Bulletin et MĂ©moires de l’AcadĂ©mie Royale de MĂ©decine de Belgique. 166 (7-8-9):307-16 (2011)
(5) Collard, J.-F., Lazar C., Nowé A., Hinsenkamp M. Statistical validation of the acceleration of the differentiation at the expense of the proliferation in human epidermal cells exposed to extremely low frequency electric fields. Progress in Biophysics and Molecular Biology, 111(1):37-45 (2013).
2005-2009
M. Hinsenkamp, JF. Collard, P. Bergman, S. Prohoroff, P. Soularue, A. Bogdan
Étude in vitro des effets d’un champ Ă©lectromagnĂ©tique sur la sensibilitĂ© cellulaire (DiffĂ©renciation/ProlifĂ©ration cellulaire)
Une diminution de la prolifĂ©ration, au profit de la diffĂ©renciation est observĂ©e sur diffĂ©rents modèles biologiques après l’application d´un champ Ă©lectrique ou Ă©lectromagnĂ©tique spĂ©cifique de basse frĂ©quence et de faible amplitude. Actuellement, nous utilisons un modèle en milieu air-liquide de kĂ©ratinocytes humains en culture sur un derme dĂ©cellularisĂ© (très similaire au dĂ©veloppement physiologique in vivo). Deux Ă©lectrodes de platine sont utilisĂ©es pour appliquer le signal Ă©lectrique. Ce modèle de croissance de l’Ă©piderme exposĂ© Ă un champ Ă©lectrique propose un modèle simplifiĂ© et bien caractĂ©risĂ© pour Ă©tudier les effets biologiques de la stimulation Ă©lectromagnĂ©tique. Sur ce modèle, nos premiers rĂ©sultats montrent, pour la culture stimulĂ©e, une diminution de la zone de croissance entourant les explants; une meilleure stratification avec une augmentation du nombre de couches cellulaires diffĂ©renciĂ©es et une diminution du pourcentage de cellules marquĂ©es par [H3]-thymidine. Ces rĂ©sultats sont en accord avec une accĂ©lĂ©ration de la diffĂ©renciation cellulaire, au dĂ©triment de la prolifĂ©ration. Suite Ă ces rĂ©sultats montrant des modifications significatives, nous avons entrepris d’identifier, par la technique des microarrays, les mĂ©canismes biologiques impliquĂ©s au niveau cellulaire grâce au screening de l´expression gĂ©nique de 38.500 gènes humains bien caractĂ©risĂ©s. L’application de très basses frĂ©quences par des Ă©lectrodes de platine sur les kĂ©ratinocytes confirme une modification de l’expression des gènes. Certains de ces gènes dont l´expression est augmentĂ©e (p = 0,05 et = 2 Fold changement (FC) = -2), sont effectivement impliquĂ©s dans la rĂ©gulation de la prolifĂ©ration et la diffĂ©renciation.
L’augmentation de l´expression de Dickkopf homolog 1 (DKK1) (FC = 4,42 et p = 0,01), qui a une action inhibitrice sur la voie biologique Wnt, est Ă©galement en accord avec une rĂ©duction de la prolifĂ©ration cellulaire et l’induction de la diffĂ©renciation cellulaire. La voie biologique SAPK / JNK rĂ©gule l’expression de DKK1 et est activĂ©e par une variĂ©tĂ© de stress environnementaux, de cytokines inflammatoires et de facteurs de croissance. Un rĂ©cepteur aux champs Ă©lectriques ou Ă©lectromagnĂ©tiques pourrait ĂŞtre ajoutĂ© Ă cette liste. La sous-expression (FC =- 2,66 et p = 0,008) du Microtubule-Actin RĂ©ticulation Factor 1 (MACF1) joue Ă©galement un rĂ´le dans la voie Wnt et dans l’induction de la diffĂ©renciation cellulaire. Une comparaison de ces rĂ©sultats avec la littĂ©rature traitant de l’expression gĂ©nique dans la leucĂ©mie lymphoblastique aiguĂ« oĂą des rĂ©sultats inverses sont observĂ©s a Ă©galement Ă©tĂ© rĂ©alisĂ©e.
Voir de plus amples informations sur les Effets des champs sur les kératinocytes.
2001-2005
M. Hinsenkamp & Z. Batarilo
Nos recherches ont pour objectif de vérifier si les champs électromagnétiques sinusoïdaux de fréquence 50 Hz ont un effet direct ou indirect sur les processus biologiques. A partir de modèles biologiques montrant des modifications significatives (ex : une accélération de la différenciation cellulaire) après exposition à certains signaux électriques ou électromagnétique modulés et asymétriques, de faibles fréquences et de faible amplitude, nous avons analysé si certaines caractéristiques de ces champs et leurs effets biologiques pouvaient être induit par une onde sinusoïdale 50Hz.
Notre stratégie inclut trois axes différents de recherche, qui, en les recoupant, pourraient permettre d´identifier les récepteurs éventuels et les mécanismes biologiques mis en oeuvre :
- La description et la caractérisation de la réponse tissulaire à un champ magnétique spécifique.
- L’identification du mĂ©canisme cellulaire stimulĂ© par le signal Ă©lectromagnĂ©tique et la recherche d’un « rĂ©cepteur cellulaire ».
- La classification des caractéristiques physiques des champs électromagnétiques.
Une sĂ©rie de gènes jouant un rĂ´le spĂ©cifique dans la diffĂ©rentiation et la prolifĂ©ration cellulaire, la « protection » des cellules ou de la synthèse protĂ©ique, ont Ă©tĂ© mis en Ă©vidence. Des molĂ©cules telles que MAPK, les Katanines, les IntĂ©grines, les transglutaminases devraient ĂŞtre analysĂ©es dans notre prochaine recherche Ă l’aide d´une nouvelle puce Affymetrix permettant d’analyse 38500 gènes.
Nos Ă©tudes ont montrĂ© que la modification de certaines caractĂ©ristiques des champs Ă©lectromagnĂ©tiques a un effet significatif sur la rĂ©ponse biologique. L´analyse tridimensionnelle de la distribution des potentiels et des courants de chaque signal peut-ĂŞtre utilisĂ©e pour Ă©tablir une relation entre les caractĂ©ristiques Ă©lectriques et une rĂ©ponse biologique particulière mais Ă©galement pour reproduire la mĂŞme rĂ©ponse biologique avec des signaux diffĂ©rents selon leur orientation et leur position dans l´espace. Cette analyse pourrait ĂŞtre appliquĂ©e Ă d’autres expĂ©rimentations biologiques et amĂ©liorer les synergies des diffĂ©rentes Ă©quipes du BBEMG en comparant les caractĂ©ristiques exactes du champ Ă©lectrique, auquel sont soumis localement les modèles biologiques.
Voir de plus amples informations sur les Effets des champs sur les os.
Voir de plus amples informations sur les Effets des champs sur les kératinocytes.
1999-2000
M. Hinsenkamp
Nous utilisons actuellement un modèle expĂ©rimental qui permet d’Ă©tudier le comportement de cellules provenant de la peau humaine. Ce modèle montre la mĂŞme accĂ©lĂ©ration de la diffĂ©renciation cellulaire des kĂ©ratinocytes lorsqu’ils sont exposĂ©s Ă un signal complexe. La modification de ce signal produit des effets variables sur la croissance et la diffĂ©renciation de ces cellules. Des rĂ©sultats rĂ©cents confirment les effets de ces champs Ă©lectriques complexes sur la diffĂ©renciation cellulaire par l’augmentation de la synthèse de certains facteurs de croissance.
Sur ce mĂŞme modèle biologique, nous avons commencĂ© Ă Ă©tudier l’expression de l’ARN messager afin de dĂ©terminer les mĂ©canismes cellulaires impliquĂ©s dans la transcription du signal Ă©lectromagnĂ©tique. Les rĂ©sultats prĂ©liminaires sont prometteurs.
Voir de plus amples informations sur les Effets des champs sur les os.
Voir de plus amples informations sur les Effets des champs sur les kératinocytes.
Publications related to BBEMG activities
Books
Contribution Ă l’Ă©tude des facteurs physiques influençant la consolidation osseuse.
MĂ©moire ayant reçu le Prix du Concours Ordinaire 1994-1995 de l’AcadĂ©mie Royale de MĂ©decine de Belgique, 86 pages, 1995.
Hinsenkamp M., Rooze M.
Current concepts in bioelectromagnetics.
Elsevier Sequoia, Lausanne, 345 pages, 1993.
Hinsenkamp M., Burny F.
Electromagnetic stimulation of bone growth and repair.
Munksgaard, Copenhagen, 92 pages, 1982.
Andersen J.B., Borrell J., Chiabrera A., D’inzeo G., Hinsenkamp M., Leal J., Miro L., Nieto Sampedro M., Rozzell T., Veyret B.
The European bioelectromagnetic center.
Spanish Ministry of Health, Servicio Editoriales, Madrid, 212 pages, 1993.
Hinsenkamp M.
Stimulation Ă©lectromagnĂ©tique de l’ostĂ©ogĂ©nèse et de la consolidation des fractures.
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Burny F., Herbst E., Hinsenkamp M.
Electric stimulation of bone growth and repair.
Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New-York, 94 pages, 1978.
Articles published in science journals
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http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25683910
Collard J.-F., Lazar,C., Nowé A., & Hinsenkamp M.
Statistical validation of the acceleration of the differentiation at the expense of the proliferation in human epidermal cells exposed to extremely low frequency electric fields.
Progress in Biophysics and Molecular Biology, 111(1):37-45, 2013.
http://dx.doi.org/10.1016/j.pbiomolbio.2012.12.004
Hinsenkamp M.
Effets des champs électromagnétiques sur la différenciation cellulaire et son intérêt en chirurgie orthopédique et traumatologique.
Bulletin et MĂ©moires de l’AcadĂ©mie Royale de MĂ©decine de Belgique. 166 (7-8-9):307-16, 2011.
Hinsenkamp M., Burny F., Donkerwolcke1 M., Schuind F., Collard J.F.
Le Laboratoire de Recherche en Orthopédie Traumatologie – LROT
Rev. Med. Brux., 32(S6):S16-S22, 2011.
Hinsenkamp M, Collard JF.
Bone Morphogenic Protein–mRNA upregulation after exposure to low frequency electric field.
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Collard, J.-F., Mertens, B. & Hinsenkamp, M.
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Effects of direct constant current on keratinocytes in vitro (DC).
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Hinsenkamp M.
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Hinsenkamp M.
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Hinsenkamp M., Ryaby J., Burny F.
Treatment of non-union by pulsing electromagnetic field: European multicenter study of 308 cases.
Reconstr. Surg. Traumat., 19: 147-151, 1985.
Hinsenkamp M., Schoutens A.
Evolution of radionuclide scintimetry of non-unions treated by electromagnetic stimulation. Preliminary study.
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de Fraiteur M., Dubois T., Hinsenkamp M., Rybowski L., Dierickx M., Donkerwolcke M., Burny F.
Impedance of living tissues. Proposal for equivalent circuits.
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Dierickx M., Rybowski L., Hinsenkamp M., Burny F.
Electromagnetic Phenomena.
Acta Orthop. Belg., 44: 615-635, 1978.
Other publication fields

Growth factors in orthopaedic surgery: demineralized bone matrix versus recombinant bone morphogenetic proteins.
International Orthopaedics, 39(1):137-47, 2015.
Hinsenkamp M., Mathieu F., Claus W., Collard JF, de Maertelaere V.
Effects of physical environment on the evolution of Kashin-Beck disease in Tibet.
International Orthopaedics, 33(5): 1085-1088, 2009.
Hinsenkamp M., Burny F.
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Rev. Chir. Orthop., 95(1): 92-93, 2009.
Malaisse F., Lognay G., Haubruge E., De Kessel A., Delcarte E.,
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The alternative food path or the very little diversified diet hypotheses.
In: “Big Bone Disease“, (Eds. Malaisse F., Mathieu F.), Presse Agro de Gembloux, pp. 105-130, 2008.
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Physical Therapy Study.
In: “Big Bone Disease”, (Eds. Malaisse F., Mathieu F.), Presse Agro de Gembloux, pp. 61-63, 2008.
Hinsenkamp M., Mathieu F., Begaux F., Sandrup T., Stallenberg B.
Radiological Study.
In: “Big Bone Disease”, (Eds. Malaisse F., Mathieu F.), Presse Agro de Gembloux, pp. 57-59, 2008.
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