EMF and cell differentiation (1999-2017)

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Université Libre de Bruxelles
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Laboratoire de recherche en orthopédie traumatologie (LROT)
Route de Lennik, 808 | 1070 Bruxelles

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 donné la cohérence des réponses de nos différents modèles, nous avons cherché à identifier le mécanisme impliqué par une analyse des processus biologiques et des changements potentiels dans les fonctions cellulaires. Pour ce faire, nous avons travaillé sur les données obtenues dans l’analyse de la modification de l’expression des gènes. L’exploitation de l’énorme quantité de données générées par le screening microarray (puce U133 Plus 2.0, voir Effets des champs sur les kératinocytes) est complexe, mais il s’agit de l’un des meilleurs outils pour formuler des hypothèses plus précises et plus complètes sur les mécanismes d’action des champs électromagnétiques [Collard et al., 2013, 2015; Hinsenkamp et al., 2011, 2015].

Voir aussi “Etude des effets d’un courant électrique pulsé de basses fréquences sur les kératinocytes 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, Hôpital 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 Télécommunications” (LIST), groupe Traitement des Signaux. Faculté des Sciences Appliquées, ULB, Brussels, Belgium.

L’objectif de notre recherche est de vérifier si les champs électromagnétiques sinusoïdaux à 50 Hz ont un effet direct ou indirect sur les processus biologiques. A partir de modèles biologiques montrant des modifications significatives (accélération de la différentiation cellulaire) après exposition à des champs électriques et magnétiques spécifiques modulés en trains d´impulsions asymétriques de basses fréquences et de faible amplitude, nous analysons si certaines caractéristiques de ces signaux et leurs possibles effets biologiques pourraient être générés par une onde sinusoïdale de 50 Hz (1).

Nous recherchons les mécanismes biologiques impliqués au niveau cellulaire à partir d’un screening par microarray. Pour cette étude, nous utilisons des cultures de kératinocytes prélevés lors d’opérations chirurgicales d’abdominoplastie. Nous analysons l’expression génique de 38 500 gènes humains bien caractérisés à l’aide de puces microarray Affymetrix®. L’application de champs électriques et magnétiques de fréquence extrêmement basse à l’aide d’électrodes en platine entraîne une modification significative de l’expression des gènes. Certains gènes surexprimés, tels que DKK1, TXNRD1, ATF3, MME, MACF1 (2), BMP-2 jouent un rôle dans la régulation de la prolifération et de la différentiation cellulaire. BMP-2 est par exemple une protéine clé dans la différenciation ostéoblastique (3, 4).

Les résultats confirment nos observations précédentes avec une inhibition de la chaine de réaction WNT. Une augmentation de l’expression de DKK1 est également en accord avec une diminution de la prolifération cellulaire et une accélération de la différentiation cellulaire. SAPK/JNK régule l’expression de DKK1 qui peut être activée par de nombreux facteurs environnementaux, des cytokines inflammatoires et des facteurs de croissance. Un récepteur aux ELF pourrait les compléter (2).

D’autres gènes, dont la régulation est plus tardive, sont en cours d’analyse et confirment eux aussi les résultats précédemment obtenus.

Nous avons publié dans la revue internationale Biophysics and Molecular Biology (5) une étude, réalisée par une méthode d’analyse triangulaire, montrant que la stimulation ELF accélère certains processus cellulaires naturels. Nos résultats montrent que la stimulation ELF accélère l’augmentation ou la diminution de la régulation 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 identifiés dans cette étude sont également impliqués dans la prolifération et la différenciation cellulaire.

Dans la leucémie infantile la plus fréquente, la leucémie lymphoblastique aigue (ALL), plusieurs études montrent une augmentation de la concentration de ß-catenine et une activation de la chaine de réaction WNT. A l’opposé, nos résultats montrent une réaction totalement inverse : la ß-catenine et la chaine de réaction WNT sont inhibées par la présence de DKK1. (2)

Dans aucun de nos résultats expérimentaux, nous n’observons un effet pathologique, mais bien une accélération 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 électriques et électromagnétiques sur la différenciation cellulaire et leur intérêt en chirurgie orthopédique et traumatologique. Bulletin et Mémoires de l’Académie Royale de Médecine 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 électromagnétique sur la sensibilité cellulaire (Différenciation/Prolifération cellulaire)

Une diminution de la prolifération, au profit de la différenciation est observée sur différents modèles biologiques après l’application d´un champ électrique ou électromagnétique spécifique de basse fréquence et de faible amplitude. Actuellement, nous utilisons un modèle en milieu air-liquide de kératinocytes humains en culture sur un derme décellularisé (très similaire au développement physiologique in vivo). Deux électrodes de platine sont utilisées pour appliquer le signal électrique. Ce modèle de croissance de l’épiderme exposé à un champ électrique propose un modèle simplifié et bien caractérisé pour étudier les effets biologiques de la stimulation électromagnétique. Sur ce modèle, nos premiers résultats montrent, pour la culture stimulée, une diminution de la zone de croissance entourant les explants; une meilleure stratification avec une augmentation du nombre de couches cellulaires différenciées et une diminution du pourcentage de cellules marquées par [H3]-thymidine. Ces résultats sont en accord avec une accélération de la différenciation cellulaire, au détriment de la prolifération. Suite à ces résultats montrant des modifications significatives, nous avons entrepris d’identifier, par la technique des microarrays, les mécanismes biologiques impliqués au niveau cellulaire grâce au screening de l´expression génique de 38.500 gènes humains bien caractérisés. L’application de très basses fréquences par des électrodes de platine sur les kératinocytes confirme une modification de l’expression des gènes. Certains de ces gènes dont l´expression est augmentée (p = 0,05 et = 2 Fold changement (FC) = -2), sont effectivement impliqués dans la régulation de la prolifération et la différenciation.

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 également en accord avec une réduction de la prolifération cellulaire et l’induction de la différenciation cellulaire. La voie biologique SAPK / JNK régule l’expression de DKK1 et est activée par une variété de stress environnementaux, de cytokines inflammatoires et de facteurs de croissance. Un récepteur aux champs électriques ou électromagnétiques pourrait être ajouté à cette liste. La sous-expression (FC =- 2,66 et p = 0,008) du Microtubule-Actin Réticulation Factor 1 (MACF1) joue également un rôle dans la voie Wnt et dans l’induction de la différenciation cellulaire. Une comparaison de ces résultats avec la littérature traitant de l’expression génique dans la leucémie lymphoblastique aiguë où des résultats inverses sont observés a également été réalisée.

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 mécanisme cellulaire stimulé par le signal électromagnétique et la recherche d’un « récepteur cellulaire ».
  • La classification des caractéristiques physiques des champs électromagnétiques.

Une série de gènes jouant un rôle spécifique dans la différentiation et la prolifération cellulaire, la « protection » des cellules ou de la synthèse protéique, ont été mis en évidence. Des molécules telles que MAPK, les Katanines, les Intégrines, les transglutaminases devraient être analysées dans notre prochaine recherche à l’aide d´une nouvelle puce Affymetrix permettant d’analyse 38500 gènes.

Nos études ont montré que la modification de certaines caractéristiques des champs électromagnétiques a un effet significatif sur la réponse biologique. L´analyse tridimensionnelle de la distribution des potentiels et des courants de chaque signal peut-être utilisée pour établir une relation entre les caractéristiques électriques et une réponse biologique particulière mais également pour reproduire la même réponse biologique avec des signaux différents selon leur orientation et leur position dans l´espace. Cette analyse pourrait être appliquée à d’autres expérimentations biologiques et améliorer les synergies des différentes équipes du BBEMG en comparant les caractéristiques exactes du champ électrique, 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 expérimental qui permet d’étudier le comportement de cellules provenant de la peau humaine. Ce modèle montre la même accélération de la différenciation cellulaire des kératinocytes lorsqu’ils sont exposés à un signal complexe. La modification de ce signal produit des effets variables sur la croissance et la différenciation de ces cellules. Des résultats récents confirment les effets de ces champs électriques complexes sur la différenciation cellulaire par l’augmentation de la synthèse de certains facteurs de croissance.

Sur ce même modèle biologique, nous avons commencé à étudier l’expression de l’ARN messager afin de déterminer les mécanismes cellulaires impliqués dans la transcription du signal électromagnétique. Les résultats préliminaires 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

Hinsenkamp M.
Contribution à l’étude des facteurs physiques influençant la consolidation osseuse.
Mémoire ayant reçu le Prix du Concours Ordinaire 1994-1995 de l’Académie Royale de Médecine 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 électromagnétique de l’ostéogénèse et de la consolidation des fractures.
Académie Royale de Belgique, Classe des Sciences, Bruxelles, 336 pages, 1993.

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

Collard JF, Hinsenkamp M.
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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 Mémoires de l’Académie Royale de Médecine 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.
Int Orthop, 35(10):1577-81, 2011.

Collard, J.-F., Mertens, B. & Hinsenkamp, M.
In vitro study of the effects of ELF electric fields on gene expression in human epidermal cells.
Bioelectromagnetics, 32:28-36, 2011.

Hinsenkamp M.
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In : « La science face au défi du paranormal », (Ed. J. Dommanget), Quorum, Gerpinnes : 163-169, 1999.

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Jercinovic A., Hinsenkamp M., Wilaert F., De graef Ch., Heenen M., Goldschmidt D.
Effects of direct constant current on keratinocytes in vitro (DC).
Bioelectroch. Bioener., 39 (2): 209-214, 1996.

Hinsenkamp M.
Influence des facteurs physiques sur la consolidation osseuse.
Bulletin et mémoires de l’Académie Royale de Médecine de Belgique, 151 (12): 517-526, 1996.

Hinsenkamp M.
15 Years Experience in electromagnetic stimulation of bone growth and repair.
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Hinsenkamp M.
Clinical studies of the effects of electromagnetic fields on bone tissues.
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Hinsenkamp M., Hauzeur J.P., Sintzoff S. Jr.
Preliminary results in electromagnetic field treatment of osteonecrosis.
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Hinsenkamp M., Heenen M., Dierickx M., Lifschitz L.
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Final report contract EC n ° CI1-0348-B, complementary to: CI1-0349-YU: pp. 46, 1993.

Tavernier A., Dierickx M., Hinsenkamp M.
Tensors of dielectric permittivity and conductivity of in vitro human derms and epiderms.
Bioelectroch. Bioener., 30: 65-72, 1993.

Debouck c., Rooze m., Hinsenkamp M.
Effect of electromagnetic field amplitudes on quail embryos: preliminary results.
Bioelectroch. Bioener., 30: 189-193, 1993.

Hinsenkamp M., Hauzeur J.P., Sintzoff S.
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Andersen B., Borrell J., Chiabrera A., D’inzeo G., Hinsenkamp M., Leal J., Miro J., Nieto Sampedro M., Rozzel T., Veyret B., Bersani F., Rooze M., Semm P.
The European Bioelectromagnetic Center.
Spanish Ministry of Health, Servicio Editoriales, Madrid: pp. 212, 1993.

Hinsenkamp M.
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Thèse d’Agrégé de l’Enseignement Supérieur de l’U.L.B.: pp. 381, 1990.

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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.
Reconstr. Surg. Traumat., 19: 113-117, 1985.

Hinsenkamp M., Tuerlinckx B., Rooze M.
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In: “Biological effects and dosimetry of static and ELF electromagnetic fields“, (Eds.: Grandolfo M., Michaelson S. and Rindi A.), Plenum Press: 441-476, 1985.

Rooze M., Hinsenkamp M.
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Reconstr. Surg. Traumat., 19: 87-92, 1985.

Tuerlinckx B., Boido M., Hinsenkamp M.
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Reconstr. Surg. Traumat., 19: 3-18, 1985.

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Hinsenkamp M.
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Electrochemical study of electrodes behavior during bioelectric impedance measurements.
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Acta Orthop. Belg., 44: 732-737, 1978.

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Hinsenkamp M., Chiabrera A., Ryaby J., Pilla A., Bassett C.A.L.
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In: “Stimulation of Bone Growth and Repair“, Eds. Burny F., Herbst E. and Hinsenkamp M., Springer Verlag, Heidelberg: 29-33, 1978.

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Impedance of living tissues. Proposal for equivalent circuits.
Acta Orthop. Belg., 44: 651-658, 1978.

Dierickx M., Rybowski L., Hinsenkamp M., Burny F.
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Acta Orthop. Belg., 44: 615-635, 1978.

Other publication fields

 Hinsenkamp M., Collard J.-F.
Growth factors in orthopaedic surgery: demineralized bone matrix versus recombinant bone morphogenetic proteins.
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Hinsenkamp M., Mathieu F., Claus W., Collard JF, de Maertelaere V.
Effects of physical environment on the evolution of Kashin-Beck disease in Tibet.
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Hinsenkamp M., Burny F.
Hommage à Robert de Marneffe (1919-2007).
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Malaisse F., Lognay G., Haubruge E., De Kessel A., Delcarte E.,
Wathelet B., Van Damme P., Begaux F., Chasseur C., Drolkar P.,
Goyens P., Hinsenkamp M., Leteinturier B., Mathieu F., Rinchen L., Van Marsenille C., Wangdu L., Wangla R.
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.

Mathieu F., Rinchen L., Wangdu L., Begaux F., Suetens C., Demartelaer V., Hinsenkamp M.
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.

Mathieu F., Suetens C., Begaux F., Rinchen L., Wangdu L., De Martelaer V., Hinsenkamp M.
Clinical Study.
In: “Big Bone Disease“, (Eds. Malaisse F., Mathieu F.), Presse Agro de Gembloux, pp. 51-56, 2008.

Mathieu F., Hinsenkamp M.
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In: “Big Bone Disease“, (Eds. Malaisse F., Mathieu F.), Presse Agro de Gembloux, pp. 11-18, 2008.

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Baillon R., Batarilo Z., Hinsenkamp M., Rooze M.
Validation d’une méthode de mesure de l’enfoncement d’un implant fémoral cimenté.
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Abnormalities in the Replicative Capacity of Osteoblastic Cells in the Proximal Femur of Patients with Osteonecrosis of the Femoral Head.
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Hinsenkamp M., Ryppens F., Begaux F. et al
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Mathieu F., Begaux F., Suetens C., De Martelaer V., Hinsenkamp M.
Anthropometry and clinical features of Kashin-Beck disease in central Tibet
International Orthopaedics, 25(3): 138-141, 2001.

Mathieu F., Suetens C., Begaux F., De Martelaer V., Hinsenkamp M.
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