CN107847754A - 用于施加脉冲电磁场的系统和方法 - Google Patents

Abstract

用于施加脉冲电磁场的系统和方法。一种用于向细胞施加脉冲电磁场(PEMF)的系统，包括：用于获得细胞的特性的传感器；存储器模块，其中存储有多个特征和PEMF功效窗口数据，每个特征具有其对应的PEMF功效窗口数据；脉冲发生器，其耦合到一组PEMF线圈并且被配置为产生电脉冲的输出以驱动所述一组PEMF线圈；以及与所述传感器、所述存储器模块和所述脉冲发生器通信的控制器，其中所述控制器被配置为：从所述存储器模块检索与由所述传感器获得的所述细胞的所述特征相对应的所述PEMF功效窗口数据；并基于检索的PEMF功效窗口数据来控制脉冲发生器的输出，使得所述一组PEMF线圈根据PEMF功效窗口数据施加PEMF。

Description

用于施加脉冲电磁场的系统和方法

技术领域

本公开涉及用于向细胞施加脉冲电磁场(PEMF)的系统和方法。

背景技术

已经显示脉冲电磁场(PEMF)会促进骨骼骨头不愈合和要不是这样的话对传统的治疗手段具有抵抗性的骨折的治愈。通常，使用PEMF发生器产生进入硬组织和软组织中的高磁通量渗透，以治疗包括骨折和骨质疏松症在内的各种病况，从而取得预期的较短的治愈和康复时间。PEMF波形通常由在Hz范围内不规则和不均匀信号参数的时变磁脉冲组成。但是，这种类型的波形不会有效地激活细胞或组织。

用于将PEMF施加到受试者组织的当前系统和技术不能识别、理解或考虑到目标组织对施加的PEMF信号作出响应的实际方式，和/或在其中目标组织对于施加的PEMF信号保持响应性或渐进地变得较没有响应性或基本没有响应性的时间和幅度方案。例如，骨头和软骨组织通常每天暴露于PEMF数小时，连续多天，这是不必要的长、不合需要的频繁、比最佳差和/或可能适得其反的。

因此需要提供试图解决上述问题的用于向细胞施加脉冲电磁场(PEMF)的系统和方法。

发明内容

根据第一方面，提供了一种用于向细胞施加脉冲电磁场(PEMF)的系统，包括：传感器，用于获得细胞的特性；其中存储有多个特征和EMF功效窗口数据的存储器模块，每个特征具有其对应的EMF功效窗口数据；脉冲发生器，其耦合到一组PEMF线圈并且被配置为产生电脉冲的输出以驱动所述一组PEMF线圈；以及与所述传感器、所述存储器模块和所述脉冲发生器通信的控制器，其中所述控制器被配置为：从所述存储器模块检索与由所述传感器获得的所述细胞的所述特征相对应的所述EMF功效窗口数据；并且基于检索到的EMF功效窗口数据来控制脉冲发生器的输出，使得所述一组PEMF线圈根据EMF功效窗口数据施加PEMF。

EMF功效窗口数据可以包括PEMF信号参数。PEMF信号参数可以包括由所述一组PEMF线圈发射的PEMF的振幅、频率、对称性、场梯度、均匀性、方向和持续时间中的一个或多个参数。

多个特征可以包括细胞的类型，并且细胞可以是组织的一部分。在这种情况下，传感器可以是能够检测组织的类型的组织传感器。

该系统还可以包括与脉冲发生器通信的放大器。放大器可以被配置为支持PEMF信号的频率范围。

存储器模块还可以在其中存储与多个PEMF方案有关的数据，每个特征具有其相应的PEMF方案，其中与多个PEMF方案有关的数据可以包括连续的PEMF施加时段之间的最小时间段和/或在一定的时间内的最大数量的PEMF施加时段。

该系统可以进一步包括用于获得细胞的身份的识别模块，存储器模块还在其中存储有与识别的细胞/组织/受试者有关的至少一个先前施加PEMF的PEMF施加历史。控制器可以进一步配置为基于所识别的细胞/组织/受试者的PEMF暴露历史来控制脉冲发生器的输出，以用于随后将PEMF施加于识别的细胞。

该系统还可以包括检测器，用于在第一次施加PEMF之后检测来自细胞的响应。控制器可以进一步被配置为基于检测到的来自细胞/组织/受试者的响应来控制脉冲发生器的输出，用于随后将PEMF第二次施加到细胞。

根据第二方面，提供了一种使用取向脉冲电磁场(PEMF)来调制预选的目标细胞类型的方法，包括：以预定的场强在预定的持续时间将在特定方向上的取向PEMF施加到细胞以调节目标细胞类型。预选的目标细胞类型可以是一个或多个细胞类型。

目标细胞的调制可选自由细胞增殖、细胞生长抑制、细胞周期停滞、细胞分化、细胞死亡、细胞力产生、细胞代谢的激活或猝灭和基因调节和/或蛋白质表达的一种或多种行为构成的组。

预选的目标细胞可以是选自由干细胞，肌肉细胞，骨细胞，皮肤细胞，造血细胞，脂肪细胞和软骨细胞构成的组的细胞。干细胞可以选自由卫星细胞或成肌细胞、间充质干细胞(MSC)、软骨细胞和成骨细胞构成的组。

细胞的调制可以通过瞬时受体电位通道1(TRPC1)和/或与TRPV通道的组合来介导。

根据第三方面，提供了一种加速肌肉生成的方法，包括：将取向PEMF施加于成肌细胞，其中，在1.5mT的场强下施加所述PEMF10分钟，并且其中正交于所述成肌细胞的长轴施加所述取向PEMF。

根据第四方面，提供了一种使受试者的肌肉再生的方法，所述方法包括：向所述受试者的肌肉细胞施加取向PEMF，其中施加所述PEMF约10分钟，场强约为1.5mT至3mT，并且其中正交于肌细胞的长轴施加取向PEMF。受试者可能是移动受制的并且可能患有肌肉废用，和/或可能在受伤、锻炼、疾病、手术、移动受制、住院、抑郁的时期之后正经历康复，年老的或患有退行性肌肉病症或其组合。该方法可以增加健康受试者运动后的肌肉再生。

根据第五方面，提供了一种使用取向脉冲电磁场(PEMF)来调制预选的目标细胞类型的方法，包括：使用根据第一方面的系统向细胞施加取向PEMF，其中所述目标细胞类型被取向PEMF调制，并且其中除了目标细胞类型之外的细胞类型不被取向PEMF以其EMF功效窗口外的PEMF幅度调制。

根据另一方面，提供了调制受试者的骨骼肌的方法，所述方法包括：将取向PEMF施加于受试者的骨骼肌细胞，其中所述PEMF施加约10分钟，场强度约1.5mT，并且其中PEMF的方向与骨骼肌细胞的最长轴正交。该方法可以再生受试者的骨骼肌。

根据另一方面，提供了一种调制受试者心肌的方法，所述方法包括：将取向PEMF施加于所述受试者的心肌细胞，其中所述PEMF施加约10分钟，场强度为约3mT，并且其中PEMF的方向与心肌细胞的最长轴正交。该方法可以促进受试者的代谢稳定性和抗氧化应激性。

根据另一个方面，提供了调制受试者中的淋巴细胞的方法，所述方法包括：将取向PEMF施加于所述受试者的淋巴细胞，其中所述PEMF在约2mT的场强下施加约10分钟。该方法可以再生或激活受试者中淋巴细胞的细胞因子生成。

根据另一方面，提供了调制受试者中的间充质干细胞(MSC)的方法，所述方法包括：将取向PEMF施加于所述受试者的MSC，其中所述PEMF施加约10分钟，约3mT的场强，并且其中PEMF的方向垂直于MSC的长轴。该方法可以再生受试者中的MSC。

根据另一方面，提供了调制受试者中的软骨细胞的方法，所述方法包括：将取向PEMF施加于所述受试者的软骨细胞，其中所述PEMF以约2mT的场强施加约10分钟，并且其中PEMF的方向与软骨细胞的长轴正交。该方法可以再生受试者中的软骨细胞。

根据另一方面，提供了调制受试者褐变脂肪细胞的方法，所述方法包括：向所述受试者的褐变脂肪细胞施加取向PEMF，其中所述PEMF施加约10分钟，场强约为1mT，并且其中PEMF的方向与褐变脂肪细胞的长轴正交。该方法可以再生受试者中的褐变脂肪细胞。

根据另一方面，提供了调制受试者的平滑肌细胞的方法，所述方法包括：将取向PEMF施加于受试者的平滑肌细胞，其中所述PEMF在约3mT的场强下施加约10分钟，并且其中PEMF的方向与平滑肌细胞的长轴正交。该方法可诱导受试者的平滑肌细胞中的静止或细胞周期停止。

根据另一方面，提供了从细胞产生条件培养基(conditioned media)的方法，所述方法包括：将取向PEMF施加于在细胞培养基中培养的细胞。

附图说明

本公开的实施例将通过以下书面描述，仅作为示例并结合附图而被本领域技术人员更好地理解和显而易见，在附图中：

图1A是示出根据本公开的实施例的脉冲电磁场(PEMF)施加系统的几个部分的示意图。

图1B-1D示出了根据本公开的实施例的代表性PEMF信号特性，包括PEMF突发和PEMF脉冲特性以及对应的PEMF信号参数。

图2A-2E示出了根据本公开的特定实施例的代表性PEMF施加线圈配置的各方面。

图2F示出了根据本公开的实施例的用于控制导致由PEMF施加线圈产生PEMF信号的电信号的产生的控制单元的示意图。

图2G示出了根据本公开的实施例的代表性用户界面。

图2H示出了根据本公开的实施例的具有不同的细胞取向的骨骼肌和骨头和要施加的EMF场的方向的示意图。

图3是示出根据本公开的实施例的代表性控制器的几个部分的框图。

图4是示出根据本公开的实施例的用于管理对于人类受试者的PEMF的施加以及协同或辅助事项、行动、处理、干预或治疗的施加的系统的几个部分的示意图。

图5是示出根据本公开的实施例的用于管理对于特定类型的动物受试者(例如家畜)的PEMF的施加的系统的几个部分的示意图。

图6是示出根据本公开的实施例的用于向细胞施加脉冲电磁场(PEMF)的系统的示意图。

图7显示通过PEMF刺激进入C2C12成肌细胞的TRP介导的钙。A)将成肌细胞暴露于1mT PEMF(10分钟；蓝色)相对于未暴露的细胞(10分钟；红色)将[Ca²⁺]_i增加至与1μM离子霉素(30分钟；浅绿色)可比较的量值。蓝色阴影区域描绘了由PEMF产生的[Ca²⁺]_i的增加。离子霉素(1μM；深绿色)的五小时施加产生了致死的[Ca²⁺]_i。未染色细胞的分布以黑色显示。B，左)在培养物中48小时后，休止(resting)[Ca²⁺]_i减弱。尽管如此，暴露于1mT PEMF(10分钟)在18小时和48小时产生了[Ca²⁺]_i的相似的相对增加(右)。C)在未刺激的(0mT；灰蓝色)和刺激的(1mT；灰色)成肌细胞中，2-APB(10μM)均使[Ca²⁺]_i降低至共同的基线。在没有2-APB时未暴露的(0mT；红色)和暴露的(1mT；蓝色)细胞。红色区域描述了在休止状况下归因于TRP通道的活动的[Ca²⁺]_i。D)将成肌细胞暴露于0.5mT、1mT或2mT PEMF(10分钟)分别产生[Ca^{2 +}]_i的6％±14％(n＝4)、53％±30％(n＝11)和7％±39％(n＝5)的增加。**反映了非常显著的差异(>99％的置信度)。

图8显示了在平板接种后18小时内施加时，C2C12成肌细胞短暂暴露于PEMF对增殖的影响。A)在100μM2-APB存在(浅蓝色)或不存在(深蓝色)的情况下，将成肌细胞暴露于1mTPEMF中持续指定时间。所有的值都标准化为对照培养物(红色；0mT)。插图)相对于未暴露的细胞(红色)，环孢菌素A(2μM，浅蓝色)消除了PEMF诱导的增殖(蓝色)。B)在暴露于1mTPEMF5分钟(n＝7)、10分钟(n＝49)、15分钟(n＝9)或20分钟(n＝11)后增殖的范围改变。暴露5分钟、10分钟、15分钟或20分钟的平均增殖变化分别为31％+25％、34％+26％、16％+13％和9％+17％(sd)(也参见补充图2)。C)培养18(n＝12)或48(n＝8)小时后，将1mT PEMF施加于成肌细胞。**和*分别指示>99％和>95％的置信水平。D)响应值的箱线图(刺激/未刺激平均值；n＝20)；对于暴露于0.5mT、1mT、1.5mT和2mT分别为18％+14％、24％+20％、30％+63％和18％+53％。

图9显示了如果在平板接种的第一个18小时内施加一次PEMF对成肌细胞分化的影响。A)早期施加PEMF(1mT)可增强肌管的大小，并可通过共同施用新霉素(100μM)而被阻止。B)早期PEMF暴露(1.5mT)相对于未暴露的(0mT)成肌细胞培养物增加了较大的肌管的数量并且减少了较小的肌管的数量。C)48小时后暴露于PEMF(1.5mT)的成肌细胞与未暴露的培养物相比展现出较小肌管数量的增加。D)对照培养物在转换到分化培养基3天后显示新生(0mT，绿色)和更成熟的肌管(红色)(参见材料和方法)。E)C2C12培养物在18小时暴露于1mTPEMF，然后在血清停用的情况下分化3天，显示新生(绿色)和更成熟的肌管(蓝色)。刻度条等于100μm。F)连续4天的PEMF(1.5mT)暴露(在平板接种第二天开始并持续3天后分化)导致相对于未暴露(红色)和单次暴露的培养物(24小时，蓝色)减弱的肌管区域(阴影线区域)。在18小时后平板接种时在第一次PEMF暴露后8小时，将成肌细胞转换到分化培养基。

图10显示分别在18小时和48小时施加于细胞时PEMF促进和延缓分化。A)在平板接种18小时时成肌细胞暴露于1.5mT PEMF增加了P/CAF(组蛋白乙酰转移酶)和E2F1(生肌调节因子)的表达。B)响应于在平板接种48小时后暴露于1.5mT，P/CAF、细胞周期调节因子(p21)和生肌调节因子(MyoD，E2F1)表达的变化。蛋白质表达的变化与在18小时时测量的变化相比是相对适中的。C)在平板接种后18小时(上)和48小时(下)之后，响应于1.5mT PEMF暴露10分钟，组蛋白乙酰化(通过P/CAF)的变化。在培养物中18小时后，响应于PEMF的组蛋白修饰更强。D)响应于1.5mT PEMF暴露10分钟，18小时(实心符号)或48小时(空心符号)后P/CAF、MyoD、p21和E2F1表达的变化幅度。在18小时时显示了P/CAF的六个重复(replicate)；所有其他的都是重复的(duplicate)。除了E2F1之外，所有蛋白质在18小时时观察到表达的最大增加。红色的虚线指示没有变化的水平。所有的值都标准化为β-肌动蛋白。

图11显示在48小时后施加PEMF重新建立(reinstitute)TRPC1的表达。在平板接种48小时时施加于成肌细胞的PEMF(2mT持续10分钟；黑色)使TRPC1的表达(A)与TRPM7的表达(B)相比相对于它们相应的对照情景(0mT；红色)延长到更大的程度。C)IGF-1表达也随着相同的PEMF暴露而增加。D)在48小时PEMF暴露后几小时之后肌细胞生成素表达水平最初增加然后下降。**指示高度显著的差异(>99％的置信度)。

图12显示TRPM7通道不负责响应于PEMF暴露的钙内流。将细胞外镁升高至10mM不会阻止PEMF升高细胞内钙，而是增加基础和PEMF诱导的钙水平。这个结果表明TRPM7通道不负责响应于PEMF暴露的钙内流(参见20)。重复实验；通过平板读数，每个条件测定12个孔。

图13显示10、15和20分钟暴露下1mT PEMF响应的频率分布。A)随着暴露时间的增加，响应幅度峰值向低值移动。B)细胞密度决定对PEMF的响应性。通过计算在对照条件(0mT)下每16-20个显微镜视场(20x)的平均细胞数来获得细胞密度。由于细胞分裂得太慢(较低的汇合(confluence))或太快(较高的汇合)，它们对于场响应较小，所以在PEMF施加时培养物没有展现最佳细胞密度，这有助于说明响应的高可变性。

图14显示了PEMF加速成肌细胞增殖的速率并且可以抵消模拟微重力的作用而不施加机械应力。A)在存在(蓝色，浅蓝色)和不存在PEMF(红色)暴露的情况下，在平板接种的前48小时期间出现细胞动力学分布(cytokinetic profile)的发生率。浅蓝色符号表示在1mT PEMF和2-APB(1μM)组合存在的情况下的细胞生长。插图)在平板接种12小时后，有(蓝色)和没有(红色)暴露于1mT PEMF 10分钟，成肌细胞的成肌细胞的增殖动力学。B)在平板接种PEMF暴露的前48小时期间最近分裂的细胞出现的发生率。淡蓝色的符号表示在未受刺激的条件下(0mT)存在2-APB(1μM)时的细胞生长。通过监测细胞动力学细胞分布的时间依赖的增加来测定增殖动力学，其由毗邻的球形细胞体和最近分裂的细胞表示，如前所述(32)，由胞质桥连接的一对双极体细胞描绘。C)PEMF(10分钟，1.5mT；深蓝色)相对于2小时时正常负载(1个重力)和未暴露的情况(红色)，由于机械卸载(模拟微重力；绿色)，在细胞周期的G2/M期内细胞积累逆转。在引入模拟微重力之前10分钟，向浸泡(bathing)培养基中瞬时添加5mM CaCl2能够模拟在2小时时1.5mT PEMF的效果，而0.5mT PEMF在逆转G2/M积累方面无效，表现出剂量响应性。D)以如同成肌细胞在PEMF暴露(浅蓝色)期间可能经历的相同频率和振幅使成肌细胞机械振动不概括1mT场暴露的影响(蓝色)，与未暴露于场的非振动细胞(红色)没有显示统计差异。**和*分别表示与对照和负载细胞(红色)的高度显著和显著差异(>99％和>95％置信水平)。

图15显示了相对于小鼠大小，PEMF引起氧化肌肉(比目鱼肌)大小的不成比例的增加。

图16显示了化纤维的横截面积减小以适应增加的氧气需求。

图17显示了在骨骼肌的EMF功效窗口附近，氧化纤维的数量随着PEMF刺激而增加。

图18显示了PEMF暴露概括了锻炼的快到慢肌纤维切换特性。

图19显示PEMF上调参与线粒体发生、脂肪酸氧化和一般肌生成的基因的表达。

图20A显示了PEMF诱导的TRPC1介导的成肌细胞中钙内流增加了氧消耗速率(OCR)和活性氧类(ROS)的产生。

图20B显示了PEMF诱导的TRPC1介导的成肌细胞中钙内流增加了氧消耗速率(OCR)和活性氧类(ROS)的产生。

图21显示PEMF刺激产生呼吸气体。

图22显示了当在骨骼肌的EMF功效窗口处施加时，PEMF暴露瞄向氧化肌肉。

图23显示了当在骨骼肌的EMF功效窗口附近施加时，PEMF暴露主要在氧化肌肉中诱导血管生成。

图24显示PEMF在每周暴露的几个月后就增强了抗疲劳性。

图25显示PEMF上调体内参与脂肪组织的系统性“褐变”的肌肉基因的表达(B；FNDC5)并且与TRPC1表达(A)相关。

图26显示体外分化成白色或褐色脂肪细胞的MSC的EMF功效窗口。

图27显示以低强度的多PEMF时段(session)/周最小化脂肪积累。

图28显示将小鼠暴露于骨骼肌的EMF功效窗口的PEMF增强了在肌动蛋白释放下游的体内软骨生成。

图29显示响应于骨骼肌的EMF功效窗口处小鼠的PEMF处理，骨矿物质密度增加。

图30显示当在骨骼肌的EMF功效窗口处被递送时每周的PEMF暴露稳定小鼠中的胰岛素水平。

图31显示PEMF暴露降低呼吸交换率(RER)，表明更大的脂肪酸氧化。

图32显示如所指示的、在开始PEMF处理后5周RER的下降即明显。

图33显示PEMF防止系统性炎症。

图34显示如所指示的、从MSC的体外软骨生成的EMF功效窗口保存在多个软骨发生基因之间。

图35显示了在MSC的体外软骨生成过程中，EMF功效窗口保存在数个软骨生成基因(如所示)之间。

图36显示在体外软骨生成过程中，MSC EMF功效窗口被保存。

图37显示PEMF暴露不增加休止细胞凋亡(上)，并且能够防止响应于细胞凋亡刺激的细胞凋亡(下)。

图38显示将心肌细胞预先暴露于其EMF功效窗口(3mT持续10分钟)防止氧化损伤。

图39显示PEMF保护原代心肌细胞免于缺氧诱导的损伤。

图40显示了PEMF保护原代心肌细胞免于缺氧损伤。

图41显示了PEMF保护原代心肌细胞免于缺氧损伤。

图42显示肌肉的EMF效力窗口处的PEMF具有如所示基因的上调所指示的心脏保护效果。

图43显示PEMF暴露不诱导细胞的恶性转化。

图44显示了将H9C2心肌细胞暴露于其3mT的EMF功效窗口之外的PEMF不会增加细胞死亡。

图45显示了对于不同细胞类别的EMF功效窗口的例子。

图46显示生长曲线反映了所讨论的细胞类型的EMF功效(3mT)窗口。

图47显示组织分化服从祖细胞增殖的EMF功效窗口。

图48显示了癌细胞杀伤的EMF功效窗口。

图49显示了癌细胞杀伤的EMF功效窗口。

图50显示了癌细胞杀伤的EMF功效窗口。

图51显示了癌细胞杀伤的EMF功效窗口。

图52显示细胞外血清因子调节对于成肌细胞中PEMF和培养基的调节的敏感性。

图53显示辣椒素钙响应与对于C2C12成肌细胞中1mT PEMF的响应逆相关。

图54显示PEMF刺激Jurkat T细胞中的钙内流，并且遵循其2mT的EMF功效窗口10分钟。

图55显示了PEMF刺激骨骼成肌细胞中钙的内流，并遵循其EMF功效窗口。

图56显示在骨骼肌祖细胞的EMF功效窗口处的PEMF暴露产生反映肌生成的整体加速的表观遗传变化。

图57显示了PEMF诱导间充质干细胞(MSC)增殖并调节其细胞外环境(条件培养基)。

图58显示从人间充质干细胞收获的条件培养基对其他细胞类别是有益的。

图59A显示PEMF条件培养基含有升高水平的ECM组分和水平下调的ECM降解酶。

图59B显示了MSC响应于PEMF刺激释放的再生性营养因子。

图60显示PEMF暴露导致在其特定的EMF功效窗口产生细胞外基质。

图61显示在PEMF不能直接引发响应的条件下，条件培养基可以从细胞引发响应。

图62A显示条件培养基的效力随捐献MSC的密度而相反地被分级。

图62B显示细胞密度调节对直接施加的PEMF的增殖反应。

图62C显示细胞静止调节对直接施加的PEMF的钙响应。

图62D显示细胞静止调节对直接施加的PEMF的敏感性。

图63显示来自PEMF刺激的C2C12成肌细胞的条件培养基赋予原初C2C12成肌细胞增殖，并且随捐献细胞的密度而相反地被分级。

图64显示条件培养基加上对于人MSC的软骨生成诱导上的直接PEMF施加的超附加效应。

图65显示响应于PEMF的外来体生成；肌肉的明显EMF功效窗口。

图66显示响应于MSC的正确电磁窗口(EEW)的PEMF刺激，外来体大小转移到较大的值。

图67显示了秀丽隐杆线虫中与场取向相关的寿命延长和ROS产生。

图68显示通过用正确取向的PEMF刺激细胞，增殖被更多地增强。

图69显示正确取向的场更有效地促进软骨生成。

图70显示从用正确取向的PEMF刺激的细胞收集的条件培养基比从在非优选的取向上被刺激的细胞收集的条件培养基更有效促进细胞响应。

图71显示了场和细胞取向组合以获得最佳效果。

图72显示了场取向可以用于瞄向不同的组织。

具体实施例

在本公开中，对给定元件的描绘或对特定附图中特定元件编号的使用或考虑或者在相应的描述性材料中对其的参考可以包含在与其相关的另一附图或描述性材料中识别的该元件、等价物或类似元件或元件编号。

贯穿本公开，某些实施例可以以范围形式公开。应该理解的是，范围形式的描述仅仅是为了方便和简洁，不应该被解释为对所公开的范围的刻板限制。因此，范围的描述应被认为是具体公开了所有可能的子范围以及该范围内的单个数值。例如，从1到6的范围的描述应被认为已经具体公开了子范围，例如从1到3、1到4、1到5、2到4、2到6、3到6等等，以及在该范围内的单个数字，例如1、2、3、4、5和6。不管范围的宽度如何，这都适用。

除非另外指明，否则在附图或相关文本中使用“/”被理解为是指“和/或”。在本文中对特定数值或数值范围的记载被理解为包括或者记载近似数值或数值范围，例如在+/-20％、+/-15％、+/-10％、+/-5％或+/-0％内。关于本文涉及尺寸或数字比较或等同的记载，对术语“一般”、“近似”或“基本上”的提及被理解为落入代表性/示例性比较或指定或目标值或值范围的+/-20％、+/-15％、+/-的10％、+/-5％或+/-0％内；并且对术语“实质上”的提及被理解为落入代表性/示例性比较或指定或目标值或值范围的+/-10％、+/-5％、+/-2％、+/-1％或+/-0％内。

当在本文中使用时，术语“约”在PEMF场强度的情况下通常意指所述值的+/-5％，更通常为所述值的+/-4％，更典型地意指所述值的+/-3％，更典型地为所述值的+/-2％，甚至更典型地为所述值的+/-1％，甚至更典型地为所述值的+/-0.5％。

当在本文中使用时，术语“集合”对应于或被定义为根据已知的数学定义(例如，以在“数学推理导论：数字、集合和函数(An Introduction to Mathematical Reasoning:Numbers,Sets,and Functions)”，Peter J.Eccles，Cambridge University Press(1998)，第11章：有限集合的性质(例如，如第140页所示)中描述的方式对应的方式))在数学上展现至少1的基数的元素的非空有限组织(即，本文所定义的集合可以对应于单元、单线(singlet)或单元素或多元素集合)。一般而言，取决于所考虑的集合的类型，集合中的元素可以包括或者是系统、装置、设备、结构、对象、过程、物理参数或值。

在一个方面，提供了一种使用导向的脉冲电磁场(PEMF)来调制预先选择的目标细胞类型的方法，包括：以预定的场强在特定方向上向细胞施加导向的PEMF持续预定持续时间。可以将PEMF的施加限制到每个施加之间的预定时间段和/或在一定量时间内预定数量的施加。每个PEMF暴露或施加时段之间的预定时间段可以是1天、2天、3天、4天、5天、6天、7天、8天、9天、10天、11天、12天、13天或14天。在一个示例中，将特定方向上的导向的PEMF以预定场强施加到细胞持续预定持续时间，其中PEMF施加被限制到暴露时段之间施行的3到4天之间的预定时间段以调制目标细胞类型。

如在本文中所使用的，关于细胞或细胞类型的术语“调制(modulating)”或“调制(modulation)”是指改变细胞的一个或多个特性。细胞的可被调制的特性包括生理和/或生物化学特性，例如细胞增殖、细胞生长抑制/静息、细胞周期停滞、细胞分化、细胞死亡、基因和/或蛋白质表达的调节和因子的产生，因子例如细胞外基质(ECM)组分、营养、抗炎和炎性因子、外来体和微泡。

换句话说，通过PEMF对细胞或细胞类型的调制可能具有再生和/或退行性的作用。再生作用包括但不限于加速的细胞周期、增加的蛋白质合成、减少的细胞凋亡，而退行性作用包括但不限于细胞周期停止、蛋白质合成减少、促使细胞凋亡。PEMF还可以通过激活诸如刺激线粒体呼吸(例如活性氧类(ROS)的产生、增加的脂肪酸氧化、增加的热量消耗)的通路的细胞通路以及涉及细胞因子/肌肉激素释放(例如，减轻响应于增强系统性再生的应激和疾病的炎症)的通路，来调节细胞或细胞类型。

在一个示例中，肌细胞可以被调制以刺激增殖。在另一个示例中，肌肉祖细胞例如成肌细胞可被调制以刺激肌生成分化。在又一个示例中，细胞可被调制以改变一种或多种表观遗传因子的表达。一种或多种表观遗传因子的表达的改变转而可以调节一种或多种基因和/或蛋白质的表达。通常应该理解的是，细胞或细胞类型的调制可能涉及改变一个或多个上述特性。

在一个示例中，可以通过以预定的场强向特定谱系的干细胞施加导向的PEMF并且持续预定的持续时间来调制干细胞以引导干细胞向该特定谱系分化。在另一个示例中，可以通过以预定的场强施加导向的PEMF并且持续预定的持续时间来调制干细胞以引导干细胞向该特定谱系分化，其中所述导向的PEMF、预定的持续时间和预先确定的场强度模拟特定于所述谱系的机械环境。

在另一个示例中，诸如间充质干细胞(MSC)的干细胞可以被调制以增殖。在另一个示例中，MSC可以被调制以调节其被培养在其中培养基。本领域技术人员通常将理解，细胞可以通过将因子分泌到培养基中来“调节”其被培养在其中的培养基。通常还可以理解，调节的培养基可以被收集并用于随后的应用，例如分析、蛋白质提取和细胞培养。

在一个示例中，MSC可以被PEMF调制以分泌细胞外基质(ECM)组分和/或下调ECM降解酶的水平。在另一个示例中，MSC可以被PEMF调制以分泌营养因子或抗炎因子或炎性因子或其组合。在又一个示例中，MSC可以被PEMF调制以分泌外来体和/或微泡。通常可以理解的是，MSC可以被PEMF调制以单独或组合地分泌一种或多种上述因子。

当在本文中使用时，术语“预先选择的目标细胞类型”是指一种或多种待被调制的细胞、细胞类型或组织。预先选择的目标细胞类型的合适示例包括干细胞、肌肉细胞、骨细胞、皮肤细胞和软骨细胞。

“干细胞”是指全能、多能或复合能的祖细胞。干细胞可以选自胚胎干细胞(ESC)、诱导性多能干细胞(iPSC)、间充质干细胞(MSC)和组织的祖细胞(如成肌细胞、成骨细胞和成软骨细胞)。在一个优选的实施例中，干细胞是成肌细胞或卫星细胞。

术语“肌肉细胞”和“肌细胞”可以互换使用以指代任何类型的肌肉细胞，包括骨骼肌细胞、心肌细胞或平滑肌细胞。通常可以理解，肌肉细胞通过成肌过程源自于成肌细胞或卫星细胞。

术语“骨细胞”是指任何类型的骨细胞，包括破骨细胞、成骨细胞、骨细胞(Osteocyte)和骨衬细胞。通常可以理解，骨细胞来源于成骨细胞。

术语“软骨细胞”是指任何软骨细胞，包括成软骨细胞、软骨细胞或来源于干细胞的引导软骨生成的细胞。

预先选择的目标细胞类型可以是相同谱系的一个或多个细胞、给定组织内的一种或多种细胞类型、不同组织中的一种或多种细胞类型。例如，预先选择的目标细胞类型可以是一种或多种成肌细胞。在另一个示例中，预先选择的目标细胞类型可以是一种或多种成肌细胞和一种或多种成骨细胞。在又一个示例中，预先选择的目标细胞类型可以是一种或多种成肌细胞和一种或多种肌细胞。

可被调制的合适的预先选择的目标细胞类型是位于受试者体内细胞或作为原代细胞培养物或连续/永生化细胞系的体外细胞。受试者的例子包括但不限于灵长类、小鼠、大鼠、豚、兔、狗或家畜。在一个优选的实施例中，受试者是人或家畜。细胞培养物可以是贴壁细胞培养物或悬浮细胞培养物。细胞可以来自人、牛、犬、鼠、大鼠、鱼、兔或猴细胞培养系。在一个优选的实施例中，细胞是C2C12或原代哺乳动物成肌细胞。

在一个方面，本发明提供了一种使受试者中的肌肉再生的方法，所述方法包括将导向的PEMF施加于肌肉细胞，其中所述PEMF在约1mT至约3mT的场强下施加5至15分钟。本领域技术人员通常将理解，如果所施加的电场的方向性对于所讨论的组织的对准来说不是最佳的，则可以采用更长的暴露持续时间。以这种方式，根据经验确定的电磁功效窗口(EMF功效窗口或此处为EEW)将根据所施加的PEMF的方向以及被瞄准的组织或细胞的取向而改变。在下面的描述中，“方向”/“方向性”是指PEMF的方向，而“取向”是指细胞/组织/器官/受试者等的取向。在优选的实施例中，PEMF在约1.5mT场强下被施加10分钟，并且PEMF的施加方向与肌肉细胞的长轴正交。

本文所公开的肌肉再生方法可用于不能移动且患有肌肉废用，和/或在损伤、疾病、手术、不能移动、住院、抑郁之后正经历康复，衰老或患有退行性肌肉病症或其组合的受试者。受试者可能是完全不能移动，例如受试者可能卧床不起或患有瘫痪，或者部分不能移动，例如受试者可能不能移动身体的一个或多个部位。在一个示例中，受试者可能患有肌营养不良或遭受控制肌肉的外周神经系统的疾病或损伤之苦。

本文所公开的肌肉再生方法也可以用于增加健康受试者运动后的肌肉再生。

本领域技术人员将能够设想，本发明的方法可以用于需要肌肉再生的任何情况。

当在本文中使用时，术语“加速肌生成”是指增强肌肉细胞的形成。肌细胞生成的加速包括肌细胞从成肌细胞分化的速率增加、肌肉细胞增殖速率增加以及细胞死亡率降低。

根据本公开的实施例涉及用于向下述选择性地施加或递送低幅度、极低频(ELF)脉冲电磁场(PEMF)的系统、设备、装置、过程和程序：(a)人或动物受试者的目标组织；(b)体外或离体目标组织(例如体外生长的目标组织)；和/或(c)可以结合或植入人或动物受试者中的目标组织或细胞。PEMF的幅度足够低，使得PEMF相对于触发神经元动作电位是亚阈值，引起骨骼、平滑或心肌的收缩或急性时间尺度上(例如，20分钟到几个小时)的任何细胞收缩。

为了简单和简洁的目的，在本公开背景中，将PEMF施加于目标组织包括将PEMF施加于单个组织或细胞类型或一个或多个位置处的多个组织或细胞类型，所述一个或多个位置例如是至少一个解剖学区域或位置，其对应于、形成或在特定的受试者身体部位(例如附器)内和/或暴露于场的给定的器官内。如下面进一步详细描述的，使用特定类型的PEMF线圈配置，根据特定类型的PEMF信号特性或参数以及暴露周期/电磁能量配量条件、范例或协议，将PEMF施加于这样的目标组织。

根据本公开的实施例的向目标组织施加PEMF可以在下述中产生生物效应：(a)目标组织；(b)与目标组织共享直接生物通信通路(例如，旁分泌扩散性气体、蛋白质(包括细胞外基质组分)、外来体或其他生化因子和/或生物电通信路径)的组织；和/或(c)其中发生生物过程的其他组织，其通过目标组织内的生物过程被介导/可调制/调制。这样的生物效应可以有效地或基本上匹配、模仿、模拟、发起或引起生物机械传导过程，因为根据本发明实施例产生的PEMF可以优选地、选择性地或特别性地影响、瞄准、修复(recruit)、激活或调制被施加PEMF的目标组织中的某些瞬时受体电位(TRP)通道，并且特别地，单独以协同组合形式地，TRP-C或TRP-V(尤其是TRPC1和TRPV2)阳离子通道，或交叉调制响应于场的另一个TRP通道的活性的任何TRP通道，其为机械敏感/机械选通的阳离子通道。在目标组织中TRPC1/V2通道的这种优选、选择性或特别修复(recruitment)或激活可以促进目标组织下游/外部的细胞过程的激活，作为与目标组织中发生的机械传导关联的过程的结果，所述目标组织被介导、激活或调制。

不受理论束缚，认为细胞或组织对PEMF的敏感性和细胞或组织对PEMF调制的敏感性由瞬时受体电位C1通道(TRPC1)和/或与TRPV通道组合而被介导，这促成细胞或组织的固有机械敏感性。

由于根据本公开的实施例将目标组织暴露于PEMF而可能出现的直接或间接的生物效应包括以下中的至少一些：

(a)机械敏感组织或其成分/组分的合成、发育、结构维持和/或再生(例如，通过骨骼以及其他类型的肌肉组织(例如，心脏和血管组织)的成肌；成骨；或软骨生成)，并且以这种能力提供一种方式来抵消与肌无力症、骨质减少症、骨质疏松症、骨关节炎、退行性关节病或先天性老化所观察到的先天性脆弱有关的年龄或疾病相关性退行性疾病；

(b)线粒体生物合成和呼吸能力(图19、20A、20B和21)；

(c)增强的脂肪酸氧化(图16、19、25-27、31和32)；

(d)健康和疾病中的诱导血管生成(图23)；

(e)抗恶病质作用(图15-18)；

(f)免疫原性效应(例如免疫调节/免疫调制/免疫刺激作用)(图54)；

(g)抗炎作用(图33)；

(h)稳态调节作用(图38)；

(i)细胞抗氧化防御表达作用(图37-38)；

(j)与激素相关的活性氧类(ROS)表达作用(例如，由于激活具有类似激素作用的ROS的产生的PEMF介导的钙内流的结果，因为此类ROS上调细胞抗氧化剂防御，从而增加细胞或有机机体对自由基攻击的抵抗力)(图20A-20B)；

(k)心脏保护作用(图42)；

(l)神经保护性和/或神经源性作用(图38-41)；

(m)通过产生FND-C5(前体至鸢尾素)的脂肪生成褐变作用(亮色(brite)/米色转变)，以及脂联素产生的调节(图19、25、26、27、42)；

(n)特定生物化学代谢物的上调或下调(例如犬尿氨酸下调)；

(o)干细胞分化作用(图34-40、45、46、56)；

(p)寿命延长(图67)；

(q)组织特异性抗增殖作用(图48-51、62A-D、63)；

(r)组织特异性细胞凋亡(图48-51)；

(s)伴随锻炼观察到的表观遗传作用/改变(图56)；

(t)类似于锻炼的作用以及可能的其它作用(图33、41)，通过刺激某些白细胞介素的系统性产生(通过它们产生轻微炎症响应(IL-6)的能力)并通过激活经由免疫细胞的钙内流(图54)来改善免疫响应。这种作用可以被称为PEMF信号暴露作用；

(u)减轻对应变的系统性响应(图33)。

鉴于上述生物或PEMF暴露作用，取决于根据本公开的实施例生成PEMF所施加的目标组织的类型以及递送至目标组织的磁场密度剂量，由于向目标组织的PEMF施加所产生的生物作用可以被分类为：(a)再生性细胞作用或细胞保护作用(例如，肌生成、成骨、软骨生成，线粒体生物发生、血管生成作用、心脏保护作用、神经保护作用和抗氧化应激作用)；或(b)退行性细胞作用(例如抗增殖或凋亡作用)。

上述机械敏感组织包括各种祖细胞或干细胞类(例如成肌细胞、间充质干细胞、软骨细胞、椎间盘干细胞、肌腱细胞、脂肪细胞或成骨细胞)，分化的肌肉组织(例如骨骼肌)，血管平滑肌组织，膀胱平滑肌组织，心脏组织，骨，软骨，肌腱，韧带和/或胶原蛋白或其他细胞外基质组分，其从机械敏感性细胞类型沉积或与结合/转运蛋白关联从组织中以自由可溶性形式分泌(通过胞吐作用或其他细胞通路)，或作为外来体、微泡或多泡体以囊泡形式分泌。在各种实施例中，目标组织包括或者是机械敏感组织，例如特定骨骼肌、关节、肌腱、韧带、骨骼、脊柱部分、骨盆部分、胸腔部分、心脏、膀胱和/或皮肤区域。目标组织可以附加地或可选地包括或者是其他组织(例如脂肪组织/脂肪沉积物，或中枢和外周神经系统的一些部分，包括头部、脊柱以及包含在其中的中枢和外周神经元群体)。通常，根据本公开的实施例的PEMF所针对的目标组织可以取决于实施例细节、考虑中的受试者的类型以及其当前的生物学状况或状态(系统性炎症和代谢状态)和/或PEMF暴露、处理、治疗或考虑中的干预目标。

此外，将PEMF施加于目标组织会产生生物作用，而不需要目标组织经受机械应变(尽管目标组织可能在向其施加PEMF之前、期间和/或之后暴露于物理压力或机械应变，这取决于实施例细节、考虑中的目标组织或考虑中的PEMF暴露目标)。例如，为了再生目的，在将PEMF施加到目标组织期间，通常将PEMF施加于目标组织而本身不赋予机械应变(尽管由机械力激活的细胞通路的子集被PEMF修复)或对目标组织产生有害量的另外的物理/化学压力(例如，PEMF可以在受试者放松(例如，不活跃)，总体放松，由于损伤、疾病或高龄而不能移动时或者处于相对于考虑中的目标组织而言物理施加很小或最小的状态下被施加于目标组织)。在运动可能受到限制、禁止或有失妥当的临床性不能移动的情况下，PEMF不会阻碍组织的愈合，而是将会增强组织修补，这是由于肌肉刺激释放营养剂和再生剂(包括炎性和抗炎剂)的结果，它们的释放以自由可溶形式或与结合/转运蛋白(其也可以响应于PEMF刺激从肌肉释放)关联、作为外来体、微泡或多泡体以囊泡形式或这样的组合。此外，被先前概述的因子(其由骨骼肌响应于在骨骼肌的EMF功效窗口处的PEMF刺激而释放)刺激过一次的脂肪、骨、结缔组织、造血细胞组分(干细胞，巨噬细胞，嗜中性粒细胞，淋巴细胞等)、肝脏或其他组织可以释放本身具有再生特性的次级营养因子和/或相关的结合蛋白、细胞因子、炎性或抗炎剂或囊泡(外来体、微泡或多泡体)群体。

PEMF本身体现出一种氧化应激的形式，刺激活性氧类(ROS；图20A和20B)的产生。低水平的氧化应激和伴随的炎性因子释放可以作为通过线粒体毒物兴奋效应或毒物兴奋效应过程的适应性组织/细胞生长和/或代谢稳定的正信号。相反，高水平的ROS会产生损害，超过有益的阈值并将细胞推入损害的境界。因此PEMF可用于促进健康(图30-32)、寿命(图67)、功能(图24)和氧化复原性(图37-41)或抑制细胞增殖和促进细胞凋亡(图48-51)，与特定的EMF功效窗口关联的任一极端。

关于由于根据本公开的实施例向目标组织施加PEMF而可能导致的生物作用的实际的、可能的/预期的、部分的和/或潜在的机制或通路，PEMF可以至少影响、介导、修复、调制或激活TRPC1或TRPV2通道和钙离子从其通过(图55)，这转而可以刺激或增加下述的表达：(a)胰岛素类生长因子1(Insulin-like Growth Factor 1)(IGF-1 1)；(b)过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活物1-α(PGC-1a)；(c)一氧化二氮合酶(NO)；(d)人纤维连接蛋白Ⅲ型域包含蛋白5(FND-C5)和/或(e)血管内皮生长因子(VEGF)，这是作为TRPC1/TRPV2通道在IGF-1、PGC-1α、NO、FND-C5和VEGF的激活、表达、调制或上调中所扮演的角色的结果。

这样的机制或通路可以涉及正在向其施加或已经施加PEMF的一组目标组织，以及与目标组织进行生物化学通信的组织(例如，相同的组织类型或其他组织类别，其经由各种剂(营养和再生剂，以自由可溶形式或者与结合/转运蛋白关联，作为外来体、微囊泡或多泡体以囊泡形式或这样的组合)而生物学地得以通信，所述各种剂响应于目标组织的生物化学改变而通过血流或间质液体递送至邻近组织，例如通过下游或连续激活的生物过程)。

根据本公开的各种实施例另外涉及系统、设备、装置和过程/程序，通过所述系统、设备、装置和过程/程序，具有由振幅(mT)、频率(Hz)、对称性(相对于基线来说非对称或对称信号)、场梯度(T/s上升和下降)、所施加的场的方向性和均匀性以及暴露的持续时间(分钟)所限定PEMF信号参数的特定的设置或类型的PEMF，根据优选地刺激所讨论的组织的预定的PEMF暴露设置(在此被称为电磁(EMF)功效窗口(EEW窗口))、处理或治疗范例或方案(例如，其可以是标准化的，定制的或特定于受试者的)而被施加到特定的目标组织，所述预定的PEMF暴露设置包括、建立或限定单个或多个PEMF暴露、处理或治疗时段，使得对于正在考虑的给定的一组目标组织：(a)任何给定的PEMF暴露时段期间最大或总目标组织PEMF暴露时间或磁通密度/电磁能量剂量根据时段功效窗口(EMF窗口)(例如，大约5-15分钟，或大约10分钟)而被有意或优选地被限制；并且可能(b)(i)根据方案(regimen)EMF效力窗口在连续的PEMF暴露时段之间建立最小时间段，和/或(ii)在预定时间段内PEMF暴露时段的最大或总数，例如预定天数(例如，3天、5天、1周、10天或2周)，根据经验地确定的方案EMF功效窗口而有意或优选地被限制。

因此，就给定的PEMF暴露时段而言，可以避免或防止相同或基本相同的目标组织暴露于时段功效窗口外的PEMF，导致需要场均匀性以获得最佳生物学结果；并且就整体暴露方案而言，可以避免或防止相同或基本上相同的目标组织暴露于PEMF的频率比方案EMF功效窗口指定或推荐的频率更高。给定的时段EMF功效窗口和/或对应的方案功效窗口可以取决于实施例细节，考虑中的一组目标组织，考虑中的主体状态或状况，和/或考虑中的PEMF暴露目标。以下提供了与时段功效窗口和方案功效窗口有关的其他细节。

根据本公开的多个实施例还涉及用于管理作为PEMF暴露方案的一部分的特定环境因素、事件、活动、物质、干预、治疗和/或治疗方法的系统，装置，设备和过程，和/或避免其他环境因素、事件、活动、物质、干预措施、治疗和/或治疗作为PEMF暴露方案的一部分，例如基于(a)正在考虑的目标组织的性质或组成(b)受试者的生理状况以及受试者身体能力、残疾或正在考虑的受伤的性质和状态/状态，以及(c)正在考虑的PEMF暴露目标或结果(例如预期的再生/细胞保护性或退行性细胞效应)。

更具体而言，根据本公开的一些实施例涉及用于将协同事件、活动、物质、干预、治疗和/或治疗与作为PEMF暴露方案的一部分的PEMF暴露的系统进行调节、关联或联合的装置、设备和过程/程序；避免将抗增效活性，物质，干预措施，治疗和/或治疗与作为PEMF暴露方案的一部分的PEMF暴露目标联系起来或关联起来。更具体地说，涉及给定类型的再生或退化性细胞或系统生理过程的PEMF暴露方案可包括、推荐、相关联或与之相关、或要求受试者暴露于某些环境条件、和/或受试者摄入或避免受试者某些类型的营养/营养药物或药物物质。根据所考虑的PEMF暴露目标，特定的营养或药物物质可直接作用于TRPC1/TRPV2通道的表达或功能，而其他营养或药物物质可干扰TRPC1/TRPV2通道在给定形式下的功能的表达或能力(例如作为响应排空细胞内钙储备或机械刺激而开放的通道)。

例如，针对给定的一组再生细胞过程的PEMF暴露方案可以包括、推荐、相关联或与之相关或要求受试者暴露于热或冷的温度，和/或受试者摄入营养或例如辣椒素、维生素A、维生素D、维生素E或相关化合物(例如生育酚和/或生育三烯酚)，某些异硫氰酸烯丙酯(AITC；在芥末，芥子油等中发现)，肉桂，其提取物或结构上相关的双黄酮(肉桂宁B-1，原花青素A1，B2或更高级黄酮)，某些脂肪酸(共轭亚油酸，ω-3脂肪酸等)，提供膳食纤维的食物，所述膳食纤维被宿主微生物组转化为短链具有生物活性的脂肪酸(丁酸，乙酸，丙酸等)，直接摄入这种短链脂肪酸，在缺乏或含有涉及微生物组成成分的益生菌(例如丁酸梭菌梭菌(Clostridium tyrobutyricum)，乙酸盐和丙酸盐的酪酸梭菌(Bacteroidesteltaiotic))，咖啡因和/或相对于PEMF暴露时段开始的特定浓度和时间的其它物质(例如在PEMF暴露时段开始之前的预定的/推荐的分钟数或者小时数，或者在PEMF暴露时段终止之后的预定/建议的分钟数或小时数内)，其中这样的事件/动作或物质可以协同地增强目标组织对PEMF信号暴露的再生响应。针对再生细胞过程的PEMF暴露方案可另外或另外推荐或要求相对于开始或完成PEMF暴露阶段的特定浓度和时间的个体避免某些类型的营养物质，其中这些避免的物质可干扰目标组织对PEMF信号暴露的再生反应或改变EMF功效窗口的位置。PEMF刺激还可能使组织对具有调节能力的营养剂更有效地响应。例如，PEMF可以上调维生素D受体的表达，由此诱发对维生素D 3更敏感的组织，这又可以调节组织对后续PEMF刺激的响应。

因此，根据本公开的多个实施例涉及用于将(a)受试者摄取和/或目标组织暴露与特定营养和/或预防剂量与(b)针对考虑中的目标组织的一个或多个PEMF暴露时段相关联、链接或调节的系统、设备、装置和/或过程/，其中所述药物物质调节、交叉调节、调制，激活或增强TRPC1、TRPV2或其他TRP通道募集/活化/功能，以增强特定的PEMF暴露目标(例如一种或多种再生/细胞保护性细胞效应的增强，或一种或多种退行性细胞效应的增强)。下面更详细地描述这些实施例的其他方面。

以相似或类似的方式，根据本公开的至少一些实施例针对用于管理避免事件、活动、物质、干预、治疗和/或治疗方法的系统、装置、设备和过程/程序，由于将目标组织暴露于PEMF而导致达到预期的生物学效应，将会适得其反。例如，PEMF暴露方案可以指示或指定(a)受试者应该避免摄入作为TRP通道阻断剂/拮抗剂或下调器的物质(局部施用或摄入)，其可以在任何给定的PEMF暴露时段之前不利地影响或阻断PEMF的作用，例如，在每个PEMF暴露时段之前至少k小时(例如0-72小时)；和(b)在任何PEMF暴露时段期间，可干扰、减弱或阻断PEMF信号的物质，如氨基糖苷类抗生素(例如链霉素，二氢链霉素，庆大霉素和新霉素)不应出现在受试者的身体内或受试者的身体上。

鉴于以上所述，根据本公开的实施例生成的PEMF可以应用于各种主题类型的目标组织，包括：

为了激活或协同增强/加强可减轻、改善、补救、克服或消除一种或多种类型的代谢、结构的受试者内部生物学过程的目的，身体受损、受伤、失能、临床固定或不健康/疾病的受试者，和/或由于不活动而由这些受试者经历的功能性生物学缺陷；

健康的、一般健康的或明显健康的受试者，其基于其年龄、家族史和/或遗传学特征而具有或可能具有增加的发生特定类型的结构、功能和/或代谢生物学缺陷的可能性，用于延迟发生或预防性地预防这种生物学缺陷的发生；

主动参与运动/体育活动的受试者(例如健康受试者)(其中PEMF可以在受试者参与运动/体育活动之前或之后施用于特定的目标组织)，以协同增强这些活动的有益的生理效应(代谢，合成代谢和/或激素作用)，减少恢复时间，和/或减少与这些活动中的过度劳累相关的潜在不利影响(例如炎症)；

寻求模拟或模仿运动/体育活动的各种有益效果的生理效应的受试者，而不主动参与或不能积极参与这种活动；

超重或体重不足的受试者，以通过肌肉增强或增强的脂肪酸氧化、胰岛素稳定和其他代谢益处的方式进行相应的身体组成改变目的；

作为在施用PEMF之后的组织中增强胶原蛋白、营养剂、细胞外基质组分或外来体/微泡释放和/或目标肌肉组织产生的结果，在面部/颈部组织(例如皮肤)中寻求美学、美容或外观增强的受试者；

寻求抗衰老效果或增强健康/保健的受试者；

患有或易患骨质疏松症的个体和其他类型受试者。

根据本公开的实施例产生的PEMF施加于任何上述受试者类型的目标组织可以以与受试者使用或摄取一种或多种类型的营养/药理学佐剂关联/合并发生，以与上述和本文其他地方所述的类似的方式。

在非限制性代表性的示例情况下，根据本公开的实施例产生的PEMF可被应用于目标组织，以达到治愈、治疗、减少可能性、减少不良反应、减缓、或延缓或预防一个或多个以下疾病的发作：肌肉损失；骨质流失；肌腱弱化或损伤；组织损伤/伤害；骨关节炎；少肌症；骨质疏松；代谢综合征；II型糖尿病；高血压；心血管疾病；恶病质；外周动脉疾病；慢性疲劳综合征；抑郁；老年人记忆障碍；中枢和周围神经组织的维持；与外周肌肉组织的中枢神经交流；肌营养不良症(例如x连锁性肌营养不良症)；肥胖；组织老化；肌肉和/或神经衰老；物理固定；和其他条件。

PEMF施加系统

图1A是示出根据本公开的实施例的被配置用于将低振幅极低频率(ELF)脉冲电磁场(PEMF)施加到目标组织的部分的PEMF施加系统100a的示意图，所述目标组织例如是一个或多个人类或动物的目标组织，或由体外结构、血管或腔室承载的目标组织。在实施例中，系统100a包括控制系统、控制单元或控制器110；以及可耦合或耦合到控制器110以及至少一组PEMF施加线圈400的至少一个的波形或脉冲发生器300。脉冲发生器300连接到专门适于支持与所使用的PEMF信号相关的频率范围的放大器(未示出)。如以下所详述，每组PEMF线圈400根据PEMF线圈配置450布置，所述PEMF线圈配置促进或实现PEMF信号或波形到考虑中的特定目标组织的高效和/或有效施加。系统100a还以相关领域普通技术人员容易理解的方式包括至少一个电源(未示出)，控制器110和脉冲发生器300通过该电源供电。

如下面进一步描述的，每个脉冲发生器300被配置用于生成或输出电信号，通过该电信号，每组PEMF施加线圈400根据特定的PEMF信号或波形参数输出PEMF信号或波形。也如下所述，给定的一组PEMF施加线圈400的结构及其相应的PEMF线圈配置450可以取决于实施例细节；被施加PEMF的目标组织或细胞；考虑中的受试者的类型(例如，成人、青少年、患病或受伤的人类或动物)和受试者目前的状态或状况；和/或正在考虑的PEMF暴露目标。

图1B-1D示出了根据本公开的实施例的代表性PEMF信号或波形以及对应的代表性PEMF信号或波形特性或参数。为了简洁起见，PEMF信号或波形在本文中简称为PEMF信号。在各种实施例中，PEMF施加系统100a被配置用于将目标组织暴露于对称和/或非对称PEMF信号(例如，在可选或可编程地限定的基础上)，其中对称PEMF信号的平均磁通密度等于零，非对称PEMF信号的平均磁通密度不为零(例如，大于零)。在各种实施例中，在PEMF暴露时段期间生成的至少一些PEMF信号(例如，在PEMF暴露时段期间生成的每个PEMF信号)是非对称的PEMF信号；然而，可以附加地或可选地生成对称PEMF信号。

而且，在多个实施例中，在PEMF暴露时段期间生成的至少一些PEMF信号(例如，在PEMF暴露时段期间生成的每个PEMF信号)包括多个PEMF突发，其中每个PEMF突发包括之中的多个单独的PEMF脉冲。在几个实施例中，可以以方波形式或者大致/大体上方形波形式来生成单独的PEMF脉冲(但是PEMF脉冲在替代实施例中可以呈现其它或附加形状)。

如上所述，给定的脉冲发生器300包括被配置用于生成电信号的电路，通过该电信号，耦合到其的一组(多组)PEMF施加线圈400产生或输出PEMF突发序列或串内的每个PEMF突发，以及每个PEMF突发内的PEMF脉冲序列或串。

脉冲发生器300根据至少一组PEMF信号参数(例如，其可以是预定的、可选择的或可编程地指定的，并且其可以与PEMF暴露方案相关联或相链接)来生成这样的电信号。更特别地，在其中根据至少一组PEMF信号参数来生成PEMF的PEMF暴露时段期间，根据至少一个突发间频率生成时间上分离的或顺序的PEMF突发，其范围典型地在大约5.0-50.0Hz之间。在给定PEMF突发内，根据突发内频率来生成单独的PEMF脉冲，突发内频率通常在大约5.0-2500.0Hz之间的范围内。另外，每个PEMF脉冲可以在大约5.0-100.0Ps内从最小值上升到稳定区段或最大脉冲幅度，和/或从稳定区段或最大脉冲幅度下降到最小脉冲幅度(例如，每个PEMF脉冲的上升时间和/或下降时间在5.0-100.0Ps之间)。此外，如图1C所示，在几个实施例中，每个PEMF脉冲的频谱展现低于大约20.0Hz的多个频率分量；低于约5.0Hz的至少一个或单个主频率分量；和/或低于约0.5-1.0Hz的主频分量。

在多个实施例中，一旦已经选定、限定或指定了给定PEMF暴露时段的突发间和/或突发内频率，则在PEMF暴露时段期间突发间和/或突发内频率保持不变。然而，在某些实施例中，可以在PEMF暴露时段期间以伪随机方式改变、调制或生成突发间和/或突发内频率。类似地，在一些实施例中，在给定的PEMF治疗方案内，在每个PEMF暴露时段期间，突发间和/或突发内频率保持不变。或者，在PEMF治疗方案内，突发间和/或突发内频率可以以可选的、可编程的、预定的或伪随机的方式从一次PEMF暴露时段变为另一次。

在一些实施例中，脉冲发生器300可以附加地产生电信号，其导致产生作为PEMF突发群集的PEMF信号，其中每个个体PEMF突发群集包括多个PEMF突发。PEMF信号参数可以包括PEMF突发群集持续时间，其可以对应于或表示时段功效窗口；并且可能例如是PEMF突发群集频率或间隔，其对应于PEMF突发群集之间的预定的、可选择的或可编程定义的小时数或天数。PEMF突发群集间隔可以对应于或表示方案功效窗口。

在多个实施例中，脉冲发生器300和与其连接的给定的一组PEMF施加线圈400被配置用于将特定的目标细胞或组织(例如某些骨骼肌组织)暴露于大约0.1-5.0mT之间的峰值磁通量密度幅度，例如大约0.2-3mT，或者大约0.5-1.5mT，或者大约1.0mT。由于每个PEMF脉冲的上升和/或下降时间的结果，每个PEMF脉冲的磁通量密度变化的速率以及因此目标组织在开始时暴露的磁通量密度变化率和/或每个PEMF脉冲的终止约为10-100T/s。在许多实施例中，为了选择性地或优先地上调TRPC1通道，暴露目标组织的PEMF信号的磁通密度梯度(并且特别是上升的磁通密度梯度)大于或等于约20T/s，例如至少约35T/s-65T/s(例如约50T/s)。

PEMF施加线圈组400内的每个线圈400a、b在其中包括预定数量的导体线圈，并且呈现线圈400a、b能够使目标组织均匀地、基本均匀地或大致均匀地暴露于与PEMF暴露、治疗或治疗方案相关的预期磁通量密度。

图2A示出了根据本公开的实施例的容纳包括他们的膝盖部分的受试者的腿部分的代表性的PEMF腿部线圈配置450a的方面。如图2A所示，在一实施例中，PEMF腿部线圈配置450a包括四个线圈400a-d，其均匀地引导PEMF信号纵向地穿过PEMF腿部线圈配置450a的中心区域。如图2A所示，PEMF腿部线圈配置450a可以包括外壳或壳体451b，线圈400a-d驻留在壳体或壳体451b中。PEMF腿部线圈配置450a可以包括衬垫451a。PEMF腿部线圈配置450a可以水平放置在移动台上的地面上，以便可以首先容易地用脚插入膝盖。衬垫451a将腿定位在均匀的磁场暴露的体积内。外壳或壳体451b支撑线圈配置450a的重量，并且不包含任何金属物品或木材，并且可以由PVC制成。

四个线圈400a-d具有40或48个绕组。线圈400a和400d，以及线圈400b和400c的几何形状和绕组相同。所有线圈沿相同方向缠绕。线圈400a和线圈400b串联连接，线圈400c和400d也是如此。所有的线圈缠绕并胶粘在外壳或壳体451b上。衬垫451a或类似结构被放置在腿部线圈配置450a的中心以支撑腿并限定均匀暴露的体积。温度传感器(Pt 100)可以放置/胶粘在靠近腿的衬垫451a内。

通过至少一个如图2A所示的PEMF腿部线圈配置450a，可以将根据本公开的实施例生成的PEMF信号施加至受试者的一个或每个腿的目标腿部组织(例如，肌肉，软骨，腱，韧带和/或一个或多个骨组织)。例如，PEMF信号可以如本文所述那样生成，并且在一个或更多包含考虑中的腿部的常规的腿部相关事件，锻炼，活动，治疗或疗法时段(例如，物理疗法，超声波治疗，热处理(例如加热或冷却)，力量/体重训练，肌肉拉伸，运动训练，步行，跑步和/或其它类型的时段)之前(例如，短时间或紧接在之前)施加至给定腿或每条腿的部分，以(协同地增强受试者退步的一个或更多部分上的这种常规事件/治疗时段的生理效应(例如，通过PEMF增强的受损或受伤的受试者腿部的软骨，韧带，肌腱，肌肉和/或骨骼的再生)。

另外，关于进行了手术的受试者腿(例如，前十字韧带(ACL)再造手术)，在考虑中的对象腿的移动/运动被禁止或者被避免的初始手术恢复期间，可以如本文所述生成PEMF信号并且通过PEMF腿部线圈配置450a将施加至该受治疗者腿部，使得考虑中的受治疗者腿部中的手术后萎缩或肌肉萎缩显着或大大减少、最小化或实质上避免(例如，因为根据本公开的实施例生成的PEMF信号可以模拟或模仿物理锻炼的效果，而不对经受手术的受试者腿部的组织给予机械应力)。

类似地，根据本公开的实施例生成的PEMF信号可以在手术后在初始手术恢复期间使用适当类型的PEMF线圈配置450施加到其他受试者目标组织/另一受试者身体部分(例如，手，手腕，手臂，脚，脊柱部分等)。在初始手术恢复期间之后，根据本公开的实施例生成的PEMF信号可以在物理或运动疗法时段之前或之后施加至考虑中的受试者目标目标组织/身体部分。

进一步类似地，根据本公开的实施例生成的PEMF信号可以施加至受试者穿戴的铸型，夹板或支架内的目标组织，以便在目标组织保持在铸型，夹板或支架内时阻止肌肉和骨质流失。在去除铸型，夹板或支架之后，可以将PEMF信号施加到这些以及可能的其它/相关的目标组织，以增强组织发育和恢复(例如，可以在涉及这些目标组织的物理疗法或锻炼之前或之后施加PEMF信号)。

图2B示出了根据本公开的实施例的容纳受试者臂部452的部分的代表性PEMF臂部线圈配置450b的各方面。在所示的实施例中，PEMF臂部线圈配置450b包括两个鞍形线圈410a、b，在其之间和在其内部可以放置受试者臂部452的诸如其前臂或上臂的部分。图2B的PEMF臂部线圈配置450b可以用于以与上面针对PEMF腿部线圈配置450a描述的方式类似或大体类似的方式将PEMF信号施加到一个或每个受试者臂部的部分。PEMF臂部线圈配置450b可以支持具有任意信号(f<5kHz)和2mT的峰值磁通密度的间歇暴露协议。这些协议还包括脉冲信号，其包括6毫秒间隔的每秒15个突发，每个突发的最大通量密度为2mT。每个突发包括在相同的场方向的20个开关周期(开150μs，关150μs)，以产生非对称的暴露。

在一个实现方式中，线圈包括99根1.8mm厚的铜线的绕组，其被堆叠成9×11的配置。电线胶粘在一起，紧紧地固定在一个保持结构上，以减少机械振动。线圈配置每1安培电流施加0.68mT的平均磁通密度。一个线圈的电感估计为2mH。为了受试者安全，温度探头(Pt100)放置在线圈实体和臂部固定结构之间。

图2C-2E图示了根据本公开一实施例的代表性的PEMF下背部、臀部和盆腔线圈配置450c、d、e的各方面，下背部，臀部和盆腔线圈配置450c、d、e可以分别将PEMF信号引导到受试者的下背部区域，臀部区域和盆腔的部分。图2C-2E还表示这种线圈配置的模拟磁通密度与电流水平的关系。PEMF下背部/臀部线圈配置450c、d可以结合到诸如办公室椅子或写字椅或汽车座椅的座椅装置中。对于使用轮椅的受试者，PEMF下背部/臀部线圈配置450c、d可以由安装到诸如墙壁的结构的对接站携带，由此轮椅的背部和/或座位可以相对于对接站移动进入位置，使得受试者的下背部和/或臀部暴露于由PEMF下背部/臀部线圈配置450c、d输出的PEMF信号达预先指定的时间量。

PEMF下背部/臀部线圈配置450c、d可以包括两个或更多个相对于彼此可角度调节的线圈元件，使得由于线圈元件之间角距的调整由线圈配置450c、d生成的磁场可以被引导到更深或更浅的目标组织(例如，当两个线圈元件之间的角距从180度朝向0度减小时，可导致定向的组织类别的正确EMF功效窗口特性的更深的磁场穿透)。

参考图2C和2D，其分别示出了下背部和座椅的线圈配置，可以通过改变线圈之间的角度，以及线圈的弯曲轴是垂直对齐(从头到脚趾)还是水平(从左到右)对齐，来调节均匀场的体积(以及相应的牵连的组织的量/体积)(更急剧地角度创建更深的场)。场的强度是馈送到线圈的电流的函数。对于臀肌群(臀大肌，中肌，微肌和阔筋膜张肌)和背部肌肉群(包括臀肌群，股后肌群和腰背肌群的臀部链肌群)，较长时间暴露于较弱的场中(如每周0.3mT到0.5mT 20分钟)是优选的。不同的身体区域也可以使用相似的线圈配置策略进行定向。

这样的线圈配置450c、d可以被称为角度可调节的鞍形线圈，并且可以承载一组用于确定其线圈元件之间的电流角度的传感元件。该角度可以作为反馈提供给控制器110，通过该反馈，控制器110可以自动调节或调整脉冲发生器300的输出，从而调节或调整更深或更浅的目标组织以预定的或可选/可编程的方式被暴露至的磁场。

图2F示出了根据本公开的实施例的用于控制导致由PEMF施加线圈生成PEMF信号的电信号的生成的控制单元的示意图。控制单元监视线圈配置/施加器的电流和温度。调制电流信号由两个3kW的放大器提供。此外，控制单元包括允许施加对称和非对称信号的电阻匹配网络。控制单元支持高达10kHz的频率和2mT峰值的场密度的任意信号。实现66T/s的最大通量梯度。每个不同持续时间的信号可以围绕零点对称地施加或非对称施加。控制单元支持具有可选或可定义(例如，用户定义的)间歇暴露周期的协议。控制单元监视温度和施加的电流。本领域技术人员将会理解，控制单元可以使用其他合适的部件/配置来实现。

在一实施例中，面部线圈配置(未示出)可以是角度可调节的鞍形线圈配置，其具有第一线圈元件和第二线圈元件，该第一线圈元件呈现或一般地呈现跟随受试者的下巴线的部分轮廓的周线或轮廓，该第二线圈元件可定位在受试者面部的部分的前方或旁边，其为了向目标面部皮肤组织定位施加PEMF信号(例如，用于美容/美学增强目的)。这样的面部线圈配置可以包括一组用于确定其线圈元件之间的当前角度的传感元件，控制器110可以以与上述类似的方式随反馈自动调整/调节脉冲发生器300的输出。

在一实现方式中，提供了可以将PEMF信号引导到诸如牛或马之类的动物受试者的侧面的PEMF动物或家畜线圈配置。这种线圈配置包括布置在动物两侧的每一侧上的线圈，其可由PEMF暴露时段期间动物保持在其间的两个屏障，墙壁，面板，隔板，栅栏，门或类似结构携带并保持位置。

其他动物/家畜线圈配置可以相对于一个或更多可以封闭动物的结构定位或可以由一个或更多可以封闭动物的结构携带。例如，在家畜的情况下，一组PEMF线圈可以相对于动物畜栏定位或可以由动物畜栏携带，以便在动物躺下/睡觉时将PEMF信号施加到目标组织；并且对于诸如狗或猫的宠物的情况，一组PEMF线圈可相对于宠物围栏或寝具结构定位或由其携带。

在一实施方式中，提供了一种PEMF-磁共振(MR)线圈配置，其中诸如形成常规磁共振成像(MRI)系统的一部分的常规MR线圈的MR线圈通过程序指令/软件选择性地可配置/被配置来生成根据本公开的实施例的PEMF信号。在一实施例中，形成PEMF-MRI系统的一部分的显示装置可以提供如图2G所示的用户界面460，医疗专业人员可以通过该用户界面460选择性地识别给定的受试者或患者，并查看或指示PEMF-MR线圈配置是否为考虑中的受试者生成PEMF信号或MRI信号。对于要暴露于PEMF信号的受试者，用户界面460可以从医学专业人员接收指示或限定对应的PEMF暴露方案细节和/或对应的PEMF暴露时段细节的输入。用户界面460可附加地接收来自医学专业人员的输入以开始PEMF暴露时段，在PEMF暴露时段期间，受试者(人或动物)的目标组织暴露于通过PEMF-MR线圈配置根据本公开的实施例生成的PEMF信号。

如上所述，PEMF暴露方案建立或限定了一组PEMF暴露时段。在各种实施例中，在每个PEMF暴露时段中，可以在建立或限定时段EMF功效窗口的有意限制的整个时间段内根据具体的PEMF信号参数将特定的目标组织暴露于PEMF。通常，可以通过PEMF信号幅度，目标组织暴露总时间和PEMF信号频率(例如，突发间频率和/或突发内频率)来限定功效窗口。时段功效窗口是TRP通道的发育调节或内源性表达的结果或预期结果，因此是细胞或组织的固有机械敏感性和/或伴随的酶/遗传或机械功能调节。环境中存在的环境磁场(例如，细胞的组织培养箱或人的电力线场)以及暴露细胞，组织或生物体也可能影响EMF功效窗口的性质。

在各种实施例中，时段EMF功效窗口限定了用于将特定目标组织暴露于PEMF信号的最小时间量或较低时间限制以及用于将目标组织暴露于PEMF信号的最大时间量或较高时间限制。换句话说，所考虑的目标组织应该或意图暴露于PEMF信号达至少或大约至少一段由时段暴露窗口的下限限定的时间量(例如，在时段暴露窗口的下限时间的10-20％内)，但不应该或不打算暴露于PEMF信号超出或明显超出时段暴露窗口的上限(例如，在时段暴露窗口的上限时间的10％-20％内)。

在多个实施例中，时段EMF功效窗口被定义为预定的或近似的时间窗口或间隔，在PEMF暴露时段期间，在该时间窗口或间隔内给定类型的目标组织应当是可暴露/暴露于PEMF信号，相对于所考虑的目标组织将在PEMF暴露时段期间通过给定的一组PEMF施加线圈经受的预定峰值磁通密度或总磁通密度。

发明人已经发现，目标组织对PEMF信号的响应性相对使用PEMF信号参数和旨在将给定的峰值磁通量密度幅度施加于目标组织的给定的PEMF线圈配置的时间，(a)在目标组织开始暴露于PEMF信号时开始从基线水平增加；(b)在目标组织开始暴露于PEMF信号之后以分钟(例如，几分钟至几十分钟，取决于PEMF信号参数和PEMF线圈配置)测量的时间间隔内达到峰值或稳定水平；和(c)随后在目标组织对PEMF信号的响应达到峰值的时间之后降低或返回到基线水平。

目标组织对PEMF信号的响应从峰值水平下降到基线水平可以表现出相对于时间的非渐进的、中等陡峭的或陡峭的负斜率，并且可以在以分钟测量的时间间隔内发生(例如，几分钟至大约10分钟，取决于PEMF信号参数和PEMF线圈配置)。因此，持续目标组织暴露于PEMF信号显着超过其对PEMF信号的响应已经达到峰值或达到稳定的时间会起反作用，因此应避免或防止这种持续暴露。细胞/组织/生物体超过EMF功效窗口的峰值的暴露因此抑制细胞/组织/生物体对PEMF的响应或刺激影响通常募集的细胞生物化学和遗传途径，其随后否定场的作用；需要足够的恢复时间来克服如前所述的这种不应期。

在若干实施例中，对于针对或主要针对特定类型的目标组织的给定PEMF暴露时段，时段暴露窗口的时间下限对应于或预期对应于从PEMF信号开始施加至目标组织到目标组织对PEMF信号的响应水平从基线水平增加到达到目标组织对PEMF信号的响应水平的峰值的大约60-90％(例如，大约70-80％)所经历的时间；并且时段暴露窗口的时间上限对应于或者预期对应于从PEMF信号开始施加到目标组织到，目标组织对所施加的PEMF信号的响应已经从峰值目标组织响应性水平下降了约10-40％(例如，大约20-30％)所经历的时间。因此，在时段暴露窗口内，目标组织对PEMF信号的响应基本上或非常显着地大于其基线水平，并保持接近或一般接近其峰值水平。

在多个实施例中，当考虑中的一组目标组织包括显着量的肌肉组织(例如，多于约20％的肌肉组织)或基本上或主要是肌肉组织(例如多于约50％的肌肉组织)和PEMF暴露时段使用PEMF信号参数和一组PEMF施加线圈400时，时段功效窗口大约是5-15分钟(例如约10分钟)，所述PEMF信号参数和一组PEMF施加线圈400使用在此阐述的方式产生的PEMF信号将目标组织暴露于大约1-2mT的峰值磁通密度。例如，时段功效窗口可以是至少约5分钟，最多约15分钟，但不超过约15分钟。在一个代表性的实现中，标准或默认的时段暴露窗口约等于10分钟。在若干实施例中，超过或过了由时段功效窗口限定的上限时间，可以避免或阻止所考虑的目标组织暴露于PEMF信号。

根据本公开的一些实施例，时段功效窗口可以在时间上(暴露的持续时间)在不同目标组织类型之间恒定或大体恒定，但是不同目标组织类型的峰值磁通量密度或磁场幅度可以被调节以在考虑中的某些目标组织中优先或选择性地产生PEMF信号暴露效应，同时在使用中的PEMF线圈配置450的磁场分布内的其他组织中产生更少，极少量，显着限制或最小的PEMF信号暴露效应。例如，为了在软骨组织中而不是沿着或围绕软骨组织延伸的肌肉组织优先或选择性地产生PEMF信号暴露效应，时段功效窗口可以保持在大约5-15分钟(例如，大约10分钟)但是峰值磁通密度可以近似加倍到大约2-3mT，使得峰值磁通密度处于所考虑的软骨组织已经响应于PEMF信号的范围内，但是沿着/在这些软骨组织周围的肌肉组织对应用的PEMF信号响应较差，无响应或不再响应。类似地，为了优先或选择性地在骨组织中产生PEMF信号暴露效应而不会在肌肉组织和可能的软骨组织中产生显着的PEMF暴露效应，在5-15分钟(例如约10分钟)的总PEMF信号暴露时间期间，峰值磁通密度可以在大约2-3mT之间；并且优先地或选择性地在脂肪组织中产生PEMF信号暴露效应而不在肌肉，软骨或骨组织中引起显着的PEMF信号暴露效应时，在5-15分钟(例如，大约10分钟)的总的PEMF信号暴露时间期间峰值磁通量密度可以是大约0.2-0.5mT。

另一种选择性刺激一个组织的方式是将EMF场相对于目标组织进行定向。当PEMF场线的方向垂直于细胞或组织的长轴时，EMF功效窗口的幅度最低。例如在本发明人进行的成肌细胞的体外研究中，PEMF装置的场线处于重力方向，组织培养瓶中的细胞的长轴与此垂直，给出1-2mT。平行对齐成肌细胞和PEMF线将EMF功效窗口推向更高的值。最好保持EMF功效窗口尽可能低。

鉴于以上所述，根据本公开的多个实施例在不同的PEMF暴露期间在共同的组织体积内能使得组织类型通过具体PEMF暴露时段能够将PEMF信号优先地，选择性地或特定地应用于不同类型的目标组织(例如细胞可区分的目标组织类型)。在一些实施例中，对于任何给定的PEMF暴露时段，以类似于上面所指出的方式，可以建立峰值磁通量密度或磁场强度，使得组织体积内的一种或多种目标组织类型对在具体的PEMF暴露时段期间施加的PEMF信号响应或高度响应时段以及组织体积内的一种或多种其他目标组织类型对于在该PEMF暴露时段期间施加的PEMF信号的响应明显较低或基本上不响应。

例如，对于其中存在多种不同类型的目标组织的给定组织体积(例如，相同的组织体积或重叠的组织体积)，在选定的一天，PEMF暴露时段可以特异性地刺激组织内的某些肌肉组织体积，从而由于刺激这些肌肉组织而引起直接和间接的生物效应。在同一天，一天，两天或几天后(例如，取决于方案功效窗口)，随后的PEMF暴露时段(例如，使用相同或不同的PEMF线圈配置450)可以特异性刺激特定的该组织体积内的相关软骨(可能除了刺激一些相同或相关的肌肉组织外)以在软骨组织中引起直接作用。与软骨组织发育结果相比，这种PEMF信号施加范式或协议可以在软骨组织中产生更大的整体组织发育结果，所述软骨组织发育结果仅在源自原始肌肉组织的PEMF信号刺激之后的间接效应中产生。

因此，就共同组织体积内的不同或细胞可区分的目标组织类型而言，根据本公开的一些实施例能够在PEMF暴露期间在特定类型的目标组织中优先/选择性/特定地产生直接PEMF信号暴露效应同时有意地减少，最小化或基本上避免了在PEMF暴露时段期间在组织体积内的其他类型的目标组织内的直接PEMF信号暴露效应。这种类型的PEMF信号施加范式可延伸到另外的或其他目标组织类型，通过种类型的PEMF信号施加范式在给定组织体积内的不同目标组织类型通过不同日期的分离的组织类型特异性PEMF暴露时段相对于彼此优先地、选择性地或特定地刺激，即使多个不同的目标组织类型每个驻留在共同的组织体积内。以类似的方式，通过选择充分刺激目标组织的EMF功效窗口，同时很大程度上不影响或抑制不期望的组织，PEMF暴露时段可被设计成排除或防止身体重叠区域中的组织响应。

发明人已经发现细胞相对于EMF场的恰当定向对于有意义的生物学结果是必不可少的。特别是，如果磁场的方向垂直于所讨论的细胞或组织的长轴，则理想的感应电流是最好实现的。相应地，在一实现中，可以利用从给定的线圈设计发出的EMF场的方向来对准组织。对齐平行于EMF场线的细胞/组织的长轴将使EMF功效窗口改变为更大幅度的PEMF。换句话说，当制定暴露范式时，优选考虑组织目标组织。

由于组织在体内具有不同的固有组织取向，并且细胞/组织的EMF功能窗口随着EMF场的方向而变化，因此可以通过改变EMF场的方向来瞄向组织。例如，参照图2H，骨骼肌和骨骼具有不同的细胞取向-骨骼是周向组织的，而肌肉是垂直组织成竖立的单体。这些是彼此正交的组织的在发育上限定的对齐。EMF场的方向可以根据所需的生物学结果而改变，

圆柱形线圈配置(如上面关于图2A所示和所述)产生最佳对齐的用于激活骨的场，而蛤形/鞍形线圈配置(如上面关于图2B所示和所述)产生最适合肌肉刺激的场。软骨对这两个磁场方向都有响应，尽管其EMF功效窗口大约是2mT，与骨骼更接近。

时段暴露窗口可以附加地或可选地根据施加到给定类型的目标组织的相对于此目标组织的PEMF信号响应性保持或预期保持远高于基线响应水平(例如，比基线水平高50％以上)的磁通量密度剂量限制或电磁能量剂量限制来限定。对于针对一种或多种特定类型的目标组织的PEMF暴露时段，目标组织暴露于的预期磁通量密度以及预期或最佳时段暴露窗口可以通过确定响应于根据本公开内容的实施例产生的PEMF信号的这种目标组织类型的TRP通道表达水平来估计、确定或限定，可能关联/结合与可以组成(module)TRP通道表达的辅助或协同干预(例如，一组营养干预)。

如上所述，PEMF暴露方案包括许多目标组织可暴露/暴露于PEMF信号的PEMF时段。在许多实施例中，除了通过时段暴露窗限制给定组目标组织暴露于PEMF信号之外，相同目标组织暴露于PEMF信号受到方案EMF功效窗口的限制。方案EMF功效窗口可以建立(a)连续的PEMF暴露疗程之间的最小时间段，其应当在给定受试者的相同目标组织暴露于PEMF信号之前发生；和/或(b)在特定天数或周数(例如3天，5天，1周或2周)的时间内针对受试者的相同目标组织的PEMF时段的最大数量。方案EMF功效窗口因此可以指示，建立或限定针对所考虑的受试者的目标组织的推荐的PEMF暴露疗程时间表。方案EMF功效窗口可以增强由于目标组织暴露于PEMF信号而产生的生物学效应具有足够时间朝向稳定水平或完成进展的可能性。当PEMF信号的场线垂直于细胞的一个或多个长轴或发育决定的待取向的组织的取向时，方案EMF功效窗口有利地处于其最低值。

例如，由于涉及特定肌肉组织的锻炼时段，肌肉组织的重构/生长响应于在锻炼期间赋予肌肉组织的机械应力而发生。然而，绝大多数此类肌肉组织重构/生长是在运动时段结束之后发生的(例如，在接下来的1-2天内，包括在运动时段之后的休息或睡眠期间)。由于根据本公开的实施例将PEMF信号施加到肌肉组织模仿或模拟锻炼对肌肉组织的生物效应，而不需要肌肉组织实际上经受机械应力，所以可以采用该方案功效窗口来增强肌肉对运动刺激的响应和随后的身体适应，或者提供模拟体育锻炼的生物效应可以朝向稳定水平或完成水平的静休期。当考虑中的一组目标组织包括显着量的肌肉或软骨组织时，根据本公开的实施例的标准或默认方案功效窗口可指示至少4-72小时(例如，至少约24小时，或约48小时)应当优选地在使用相同的PEMF信号参数针对同一组目标组织的连续的PEMF暴露时段之间流逝，和/或针对这组目标组织的PEMF暴露时段的总数应当优选限于每周3-5次(例如每周3次)。

PEMF暴露方案或PEMF暴露方案定义可以包括，链接到或指定唯一标识特定受试者的受试者标识符(ID)，受试者名称以及可能的受试者联系信息(例如，一组受试者电话号码，例如手机号码和/或一组受试者电子邮件地址)。

对于给定的受试者ID，PEMF暴露方案可以包括一个或多个目标组织ID，其中每一个目标组织ID唯一地对应于将要施加PEMF信号的一组受试者目标组织；可能是对应于每个目标组织ID的PEMF线圈配置ID，其指定适于将PEMF信号施加到关联的一组目标组织的PEMF线圈配置450的类型；PEMF信号参数对应于每个目标组织ID；PEMF暴露时段时间表，诸如对应于每个目标组织ID的每周，每月和/或每季度PEMF暴露时段时间表；对应于每个目标组织ID的方案功效窗口信息；以及对应于每个目标组织ID的时段功效窗口信息。在一些实施例中，对于正在考虑的受试者ID，PEMF暴露方案还可以包括识别对应于受试者ID的一组协同或辅助治疗的信息以及相对于方案功效窗口或PEMF暴露疗程的协同或辅助治疗方案时间表。例如，PEMF暴露方案可表明特定受试者应在每次PEMF暴露会议前大约n小时摄取特定营养佐剂组。如下面进一步描述的，给定的PEMF暴露方案可以存储在数据库中。

图3是根据本公开的实施例的用于PEMF施加系统100a的控制器110的框图。在一个实施例中，控制器110包括至少一个处理单元120；用户界面130；和存储器200。处理单元120可以包括或者可以是被配置用于执行存储的程序指令的微处理器，或者诸如状态机的另一类型的设备。在几个实施例中，用户界面130可以包括或者可以是键盘，诸如鼠标的定点设备以及显示设备(例如平板显示器)。存储器200可以包括操作系统210以及PEMF施加程序指令集/软件模块220，当由处理单元120执行时，所述PEMF施加程序指令集/软件模块220管理或指导根据实施例的特定PEMF暴露，治疗或治疗过程如下面进一步描述的。控制器110还可以包括诸如硬盘驱动器或固态磁盘驱动器之类的数据存储设备140；脉冲发生器接口单元150；并且可能还有诸如网络接口单元的通信接口160，通过该网络接口单元，控制器110还可以将信息(例如，信号和/或数据)传送到外部系统，装置或设备，和/或从外部系统，装置或设备接收信息。PEMF施加系统100a还可以包括控制器110可访问的一个或多个PEMF方案数据库190，PEMF信号参数数据库192和/或PEMF暴露历史数据库194，其中这些数据库190、192、194的一部分可以驻留本地位于控制器110上或远离控制器110。控制器110的前述元件中的每一个可以耦合到公共的一组信号/数据传送路径102，例如总线。脉冲发生器连接到专门适用于支持与所使用的PEMF信号相关的频率范围的放大器。在多个实施例中，控制器110可以包括或者可以是计算系统或设备(例如台式机，膝上型计算机，平板电脑或其他类型的计算机系统)。在某些实施例中，控制器110可以包括或者可以是嵌入式系统，例如其利用微控制器或其他类型的设备(例如，(可重新编程的逻辑设备，诸如现场可编程门阵列(FPGA))作为其处理单元120。

通常，控制器110和PEMF施加系统110a的具体结构，特性和能力可以取决于PEMF施加系统100a针对的目标的预期类型；可以或将要使用的PEMF施加线圈400的类型；PEMF施加线圈400能够向其均匀施加PEMF信号的目标组织的类型；和一套支持的系统功能。例如，配置用于将PEMF信号应用于人类受试者的系统可以包括上述PEMF施加系统100a的每个元件，以及与管理PEMF信号的应用相关或有用的特定附加硬件和/或软件元件，或者单独或者与某些协同或辅助干预，治疗或者治疗组合给人受试者。类似地，被配置用于将PEMF信号施加到动物对象的系统可以包括上述PEMF施加系统100a的每个元件以及与管理PEMF信号的施加相关或有用的特定附加硬件和/或软件元件单独或与特定的协同或辅助治疗或疗法组合给予给定动物类型的一个或多个动物对象。附加的或其他类型的系统的具体代表性的非限制性示例在下文中关于图4-5进行详细描述，其对应于、包括、基于或者是上述PEMF施加系统100a的扩展。

图4是根据本公开的实施例的用于将PEMF信号应用于人类受试者的目标组织的代表性系统100b的示意图。更具体地，图4的系统100b被配置用于管理向人类受试者的PEMF信号的施加以及一种或多种类型的协同或辅助治疗或治疗。图4的系统100b可以包括上面关于图1A到图2A-M描述的系统100a的每个元件，并且还包括受试者管理系统500，其可以是本地的(例如，现场的)或远程的(例如，根据实施例的细节，相对于控制器110而言)。受试者管理系统500可以包括PEMF方案管理器525，该PEMF方案管理器525包括通过其可以限定和管理PEMF暴露方案的程序指令集/软件模块，以及受试者管理系统500和(a)控制器110之间的通信，并且可能b)可能发生受试者电子和/或计算设备。

在所示的实施例中，控制器110和受试者管理系统500被配置用于通过一组通信网络50(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)，广域网)和互联网。受试者管理系统500还可以被配置用于通过该组通信网络50与受试者电子和/或计算设备通信，其中受试者电子和/或计算设备可以包括使用的个人计算机600和/或移动电话610通过或访问的受试者。

在一些实施例中，基于PEMF方案数据库190中的信息，受试者管理系统500可以向一个或多个类型的受试者通信目的地或设备发出通知/消息，诸如受试者计算机/计算设备600，受试者移动电话610，和/或其他类型的受试者通信设备。这样的通知/消息可以包括针对给定受试者的一个或多个提醒，在它们的下一个预定的PEMF暴露时段之前，指示对象将在PEMF暴露开始之前的特定时间段内摄取特定的一组营养或药理学佐剂时段。另外地或替换地，受试者管理系统500可以支持，提供或链接到可由受试者移动电话610执行的可下载的PEMF管理移动应用612，并且其提供被配置用于(a)传送这样的通知/消息根据每个受试者的PEMF治疗方案细节给予受试者，并且可能(b)提供受试者可以跟踪/管理他们的预定PEMF暴露疗程的日历。受试者管理系统500可以另外被配置用于在受试者可以指示等级的特定时间(例如，相对于受试者的初始PEMF暴露时段的日期的每月)向受试者通信设备600、610传达调查或问卷其生物/生理状态或状况随时间的感知变化，和/或提供与PEMF信号暴露相关的其他类型的反馈。

在诸如图4所示的实施例中，控制器110可以包括PEMF时段管理器225，其包括驻留在控制器的存储器200内并且可由控制器的处理单元120执行的程序指令集/软件模块，使得控制器110可以根据适当的一组PEMF信号参数和适当的暴露将PEMF信号暴露于给定对象的适当目标组织组(例如使用适当的PEMF施加线圈配置450)时段窗口。PEMF时段管理器225可以被配置用于与受试者管理系统的PEMF方案管理器525进行通信。取决于实施例细节，一个或多个PEMF信号参数集合可以驻留在PEMF信号参数数据库192中和/或本地地在控制器110上例如存储在非易失性存储器中的查找表中。表1示出了示例性查找表。在某些实施例中，一个或多个暴露窗口可以在查找表中本地存储在控制器110上。

图5是根据本公开的实施例的用于同时将PEMF信号施加到多个动物受试者(例如家畜(例如，牛，马，猪，绵羊或家禽))的目标组织的代表性系统100c的示意图。系统100c包括受试者管理系统500；至少一个控制器110，其中的每一个都连接到受试者管理系统500；耦合到控制器的至少一个脉冲发生器300；以及可耦合/耦合到脉冲发生器300的多个PEMF线圈配置450。

根据实施例细节，每个PEMF线圈配置450可以将单个动物一侧的特定目标组织暴露于PEMF信号；或者每个PEMF线圈配置450可以将多达两个动物(例如，相邻动物)的一侧的特定目标组织暴露于PEMF信号。例如，在一些实施例中，涉及将PEMF信号施加到动物，同时它们在包括一组供给容器(例如槽结构)的供给站700并排地共同进食，并且其在多个供给接入点710处动物可以到达并摄取其饲料或饲料混合物，给定的PEMF线圈配置450可以将单个动物的外侧上的目标组织暴露于PEMF信号，使得给定的PEMF线圈配置对450可以将PEMF信号施加到一个动物的两个侧面。在这样的实施例中，每个PEMF线圈配置450可以沿着或作为将一个馈送接入点710与另一馈送接入点710分开或隔离的屏障，壁，面板，分隔物，栅栏，门或类似结构的一部分布置，在吃东西的时候把动物分开或分开。

在几个实施例中，系统100c进一步包括耦合到控制器110或受试者管理系统500的至少一个RFID读取器单元800，其中每个RFID读取器单元800被配置为读取存在于由动物佩戴的RFID标签中的动物ID，动物在相关领域的普通技术人员容易理解的方式下通过与RFID阅读器单元800耦合的一组RFID天线810在馈送站处。根据实施例细节，RFID天线810可以以各种方式相对于馈电接入点设置。例如，RFID天线810可由每个馈送接入点处的动物头部附近或与动物头部相对的一组馈送容器710承载；由支撑PEMF线圈配置450的屏障结构承载；或者位于动物头部和身体上方。控制器110或受试者管理系统500可以在其存储器200内包括RFID软件模块535，当其被执行时读取并记录在饲养站700处的每只动物的动物ID(例如，在循环的基础上，诸如每个q秒)。

根据用于动物的PEMF暴露方案，在某些日子的特定时间以及响应于在饲养站处检测到动物存在(例如，当动物位于饲养站的饲料接入点710处或大多数馈送接入点710)时，控制器110可以在动物正在进食时指引脉冲发生器300激活，从而提供馈送时间PEMF暴露时段，在此期间PEMF信号以满足暴露窗口(例如，在5-15分钟的时间段内，或者在馈送期间约10分钟)的方式施加，之后脉冲发生器300可以被自动地停用，禁用或关闭。在几个实施例中，脉冲发生器300可以根据方案功效窗口选择性地激活和停用，例如使得它们仅在交替的日子或每隔一天驱动PEMF线圈配置450。

受试者管理系统500可以包括动物健康跟踪/分析模块545，其在执行时将动物ID与动物的PEMF暴露时段数据相关联。取决于饲养站700的结构，饲养站700可以包括多个感测设备，其被配置用于在任何饲养时段检测，监测或测量与动物当前的健康状况和/或其饲料消耗相关的某些信息或信号。例如，饲养站700可以包括配置用于检测饲养期间每只动物消耗的饲料量的传感器；在饲养期间一次或多次在每个饲料接入点处的每只动物的体重；喂养期间每只这种动物的体温；和/或其他信息。饲养站700可以耦合到受试者管理系统500，使得与每只动物的PEMF暴露时段数据相关联的这些信息中的至少一些可以传送至动物健康追踪/分析模块545并由动物健康追踪/分析模块545分析。

在各种实施例中，在动物饲料中可以包括一种或多种营养或药理学佐剂(例如辣椒素，其可以根据需要用淀粉和/或其他生物相容性物质如羟丙基甲基纤维素来包裹或包封以管理动物的风味强度耐受性)。对于具有自动化饲料混合和/或分配能力的饲养站700，也可以将用于任何给定饲养时段的动物饲料成分或个体动物饲料成分传送给动物健康追踪/分析模块545。

动物健康追踪/分析模块545和/或饲养站700可以包括或基于商用系统的部分，例如，GrowSafe饲料摄入和监测系统(GrowSafe Systems Ltd.，Airdrie，Alberta Canada，growsafe.com)或其他类型的系统。

通过以满足或遵循根据本公开的实施例的PEMF暴露方案的方式(例如，其可以包括方案功效窗口和/或暴露功效窗口以相同的方式)暴露于PEMF信号，基本上相同的或类似于上述的)，在跨越动物的幼年阶段进入其成年的足够长的时间周期内已经暴露于这样的PEMF信号的动物组织可以表现出增强或显着增强的生长速率和整体增长。具体而言，根据本公开的实施例，与没有暴露于PMEF信号的动物相比，动物肌肉组织暴露于根据本公开实施例的PEMF信号(从动物的幼年阶段到其成年)可以引起暴露于这种PMEF信号的动物中的肌肉数量增加或显着增加。此外，动物肌肉组织暴露于根据本公开的实施例的PEMF信号可以增加这种肌肉组织的脂肪含量，由此增强这种组织对消费者的适口性。在这种情况下，拥有最大肌肉相对比例的身体区域可以作为最佳的激素，代谢和合成代谢效果的目标。

鉴于上述内容，相关领域的普通技术人员将容易理解，本公开的替代实施例可以被配置用于以本文所述的一种或多种方式向体外肉组织施加PEMF信号，从而增强这些组织的生长速度，质量和适口性。

图6是根据本公开的实施例的用于将脉冲电磁场(PEMF)施加到细胞的代表性系统680的示意图。680包括传感器682，存储器模块684，脉冲发生器686和控制器692。传感器682被配置为获得细胞的特征。多个特征和EMF功效窗口数据被存储在存储器模块684中。每个特征具有其对应的EMF功效窗口数据。脉冲发生器686耦合到一组PEMF线圈690，并被配置为产生电脉冲的输出以驱动该组PEMF线圈690。控制器692与传感器682，存储器模块684和脉冲发生器686通信，并且被配置为：从存储器模块684检索对应于由传感器682获得的细胞的特性的EMF功效窗口数据；并基于检索到的EMF功效窗口数据来控制脉冲发生器686的输出，使得该组PEMF线圈690根据EMF功效窗口数据施加PEMF。系统680还可以包括与脉冲发生器686通信的放大器(未示出)。放大器被配置为支持PEMF信号的频率范围。

在一实现方式中，上述的EMF功效窗口数据可以包括PEMF信号参数。PEMF信号参数可以包括由PEMF线圈组690发射的PEMF的幅度，频率，对称性，场梯度，均匀性，方向和持续时间中的一个或多个。

如上所述，从给定的线圈设计发出的EMF场的方向可以用于目标组织。细胞/组织的长轴与EMF线平行对齐改变EMF功效窗口，需要更小/更大幅度的PEMF。电磁场的方向可以根据所关注的细胞的特征/待瞄准的组织的类型而改变。在一实现中，EMF场的方向可以通过使用不同的线圈配置来改变。再次参考图2H，圆柱形线圈配置(如以上关于图2A所示和所述)产生最佳对齐以用于骨的激活的场，而蛤/鞍形线圈配置(如以上所示和所述与图2B的关系)创建了最适于腿部肌肉刺激的场。该组PEMF线圈690可以包括多个线圈配置(例如，圆柱形线圈配置和蛤/鞍形线圈配置)，并且控制器692可以被配置为在特定时间段选择性地操作多个线圈配置中的一个或多个。例如，如果传感器682检测到所讨论的肌肉细胞是肌肉组织的一部分，则控制器692可以被配置为选择性地操作该组PEMF线圈690的蛤蜊/鞍形线圈配置，以针对所讨论的细胞。另一方面，如果传感器682检测到所讨论的细胞是骨的一部分，则控制器692可以被配置为选择性地操作该组PEMF线圈690的圆柱形线圈配置以便瞄准骨细胞。类似地，如果要处理整个腿，则在第一PEMF施加期期间，控制器692仅激活蛤蜊/鞍形线圈配置以瞄准腿部的肌肉，并且在随后的第二次PEMF施加期间，只有由控制器692激活圆柱形线圈配置以瞄准腿中的骨骼。

在另一实现方式中，该组PEMF线圈690可以包括设置在三维空间中的多个固定位置中的单独的PEMF线圈的阵列。阵列中的一个或多个单独的PEMF线圈可以被选择性地(通过控制器692和脉冲发生器686)激活以产生具有相对于所讨论的细胞/组织的不同方向的EMF场。例如，为了产生与第一细胞的长轴正交的EMF场，仅激活能够产生这种场的PEMF线圈。为了生成与第二细胞的长轴正交的EMF场，第二细胞相对于第一细胞具有不同取向的长轴，只有能够产生这种场的PEMF线圈被激活。

在又一实现方式中，该组PEMF线圈690可以包括可以相对于所讨论的细胞/组织选择性地移动(经由由控制器692控制的适当的线圈致动机构)的单独的可移动的PEMF线圈的阵列。例如，线圈致动机构可以将每个单独的线圈从一个位置移动到另一个位置，使得单独的线圈阵列可以以形成不同的线圈构造(例如圆柱形，蛤形，鞍形，空腔等)的方式定位。

在一实现方式中，上述的多个特性可以包括细胞种类。细胞可以是组织的一部分，在这种情况下，传感器682是能够检测组织类型的组织传感器。

作为示例，组织传感器682检测到分析中的组织包括作为骨骼肌肉组织的一部分的细胞。换句话说，细胞的特征(即细胞类型)是“骨骼肌”。返回参考表1，多个特征(细胞类型)和EMF功效窗口数据被存储在存储器模块684中。每个特征具有其对应的EMF功效窗口数据。例如，对应于骨骼肌的EMF功效窗口数据的幅度为1mT，持续10分钟，频率为15Hz，正交方向性。控制器692被配置成从存储器模块684检索与由传感器682获得的细胞的特征相对应的EMF功效窗口数据，并基于检索到的EMF功效窗口数据来控制脉搏发生器686的输出，使得该组PEMF线圈690根据EMF功效窗口数据(即幅度为1mT，持续10分钟，频率为15Hz，正交方向性)向骨骼肌组织施加PEMF。

可选地或除了传感器682之外，系统680可以包括用于接收由用户输入的细胞的特征的用户输入模块(图6中未示出)。例如，用户输入模块可以包括用于用户输入细胞特征的小键盘。在这样的实现中，控制器692被配置为从存储器模块684检索与由用户输入模块接收的细胞特征对应的PEMF功效窗口数据。

传感器682可以能够检测PEMF线圈690内的组织的体积，并且控制器可以被配置成将优化的PEMF聚焦到受影响的区域上。例如，针对ACL的治疗时，患者穿过PEMF线圈放入膝盖，并且该场的焦点可能受到胖人与瘦人的膝盖的影响。例如，可以使用超声波传感器来检测人的膝盖的边界与线圈有多接近，并且控制器可以校正场的焦点。

在一实现方式中，与多个PEMF方案有关的数据可以被存储在存储器模块684中。上述每个特征可以具有其对应的PEMF方案。与多个PEMF方案有关的数据可以包括在连续的PEMF施加时段之间的最小时间段和/或在特定时间量内的最大数量的PEMF施加时段。返回参考表1，字段“暴露/周”指示具有不同特征的细胞在一周内的PEMF施加时段的最大数量。例如，“骨骼肌”优选每周最多一次暴露于PEMF。

系统680还可以包括用于获取细胞的标识的识别模块(未示出)。与标识的细胞的至少一个先前的PEMF施加相关的标识的细胞的PEMF施加历史可被存储在存储器模块684中。控制器692进一步被配置为基于标识的细胞的PEMF暴露历史来控制脉冲发生器686的输出，用于随后向标识的细胞施加PEMF。识别模块还能够获得组织或受试者(人，动物等)的标识，并且存储器模块可以进一步存储与所标识的组织/受试者的的至少一个之前的PEMF施加相关的标识的组织/受试者的PEMF施加历史。控制器可以进一步被配置为基于所识别的组织/受试者的PEMF暴露历史来控制脉冲发生器的输出，以用于随后向所识别的细胞施加PEMF。换言之，系统680可以能够基于年龄，代谢状态或身体组成来个性化人或动物治疗。

系统680还可以包括用于在第一次施加PEMF之后检测来自细胞的响应的检测器(未示出)。控制器692进一步被配置为基于检测到的来自细胞的响应来控制脉冲发生器686的输出，用于第二次对细胞的PEMF施加。

虽然已经在本公开中描述了与某些实施例相关联的特征，方面和/或优点，但是其它实施例也可以表现出这样的特征，方面和/或优点，并且并非所有实施例都需要必须显示这样的特征，方面和/或优点落入本公开的范围内。本领域的普通技术人员将认识到，上述公开的实施例中的若干个的方面可以被期望地组合成其他不同的系统，装置，设备，过程，过程和/或应用/健康指示。另外，本领域的普通技术人员可以对在此公开的一个或多个实施例进行本公开的范围和精神内的各种修改，改变和/或改进。

实验部分

使用PEMF加速肌成形

材料和方法

细胞培养物

C2C12小鼠骨骼肌成肌细胞获自美国典型培养物保藏中心(ATCC；LGC Standards，Molsheim Cedex，法国)，并在由Dulbecco's改良Eagle培养基(DMEM；Life Technologies，Lucerne，瑞士)增补10-20％胎牛血清(FBS；PAA，巴塞尔，瑞士)和2mM L-谷氨酰胺(LifeTechnologies)组成的生长培养基(GM)中在37℃，7％CO₂(4,6,8)的潮湿空气中培养。细胞每48小时传代以保持它们低于40％融合。将成肌细胞以2000个细胞/cm ²接种在25cm ²烧瓶(Semadeni，Ostermundigen，瑞士)中。采取特殊护理以在解冻后5-6次传代仅检查细胞，并且在暴露于PEMF之前的任何时候不允许细胞生长超过60％融合。当遵循这些标准时，细胞典型地响应PEMF。

诱导成肌细胞的分化，在培养后48小时或按照规定，培养基的血清成分从10％FBS改变为2％马血清。为了测定融合指数，将细胞用1％无甲醛的甲醇固定，用罗丹明鬼笔环肽(Sigma-Aldrich，索引P1951)对F-肌动蛋白进行染色。DAPI(Sigma-Aldrich，索引号D9542)用于显现细胞核。对于每个样品采集具有20倍放大倍数的4幅图像的系列，并且通过使用ImageJ(细胞计数器插件)手动划定肌管周边来计算肌管面积。在暴露于PEMF之前将2-氨基乙基二苯基硼酸酯(2-APB；Sigma，瑞士)以100μM的工作浓度在GM中施用于细胞15-30分钟，随后用来自姊妹培养物的年龄匹配的培养基立即替换。

钙成像

为了准备用流式细胞术测量响应于PEMF的细胞内钙的变化，将成肌细胞(50,000个细胞)离心(1000RCF；5分钟)，重悬于2ml PBS中，然后使用20μl钙绿-1，AM(在100μl DMSO中50μg；分子探针)装载，在37℃在黑暗中进行30分钟。温育后，将细胞洗涤一次，重悬于500μl PBS中并置于冰上，然后在BD FACSAria流式细胞仪(FL1通道)中注册。对于细胞内钙的平板读数评估，将成肌细胞以10,000个细胞/孔接种到96个黑色孔板(Brand 96FlatBottom Black)中。将培养物用PBS洗涤一次，并以250μl生长培养基供给，其中以1:1000的稀释度添加了绿色-1AM(在100μl DMSO中50μg；分子探针)。然后将成肌细胞培养物在标准组织培养孵育器中孵育5分钟，然后PEMF暴露10分钟，然后在37℃下在培养箱中再置换15分钟，然后用37℃PBS洗涤。使用Tecan Infinite 200Pro平板读数器进行钙测量，激发波长和发射波长分别设定为500nm和535nm，带宽激发和发射波长分别设定为9和20nm。

蛋白质印迹法(Western Blots)和PCR

使用含有50mM NaCl(Numi)，1mM EDTA，50mM Tris-HCl，1％Triton X-100,0.05％SDS，1X蛋白酶抑制剂和0.1％脱氧胆酸钠的放射免疫沉淀测定(RIPA)裂解缓冲液进行总蛋白提取。使用刮刀收集裂解物，并在4℃孵育30分钟，然后在4℃以12000rpm旋转15分钟。用1X上样染料将蛋白样品在90℃下煮沸，在SDS PAGE上运行，转移到硝酸纤维素膜上，用5％脱脂奶粉封闭并用抗P/CAF(Santa Cruz Biotechnology)，抗E2F1(Abcam)，抗MyoD(SantaCruz Biotechnology)，抗p21(Santa Cruz Biotechnology)，抗β-肌动蛋白(Sigma)。

对于组蛋白提取物，将含有62.5mM Tris，pH 6.8，10％甘油2％SDS，1X蛋白酶抑制剂的1X Laemmli缓冲液加入到细胞中并收集裂解物。样品在90℃下加热10分钟，然后冷却至室温。接下来将样品与超声处理短暂混合，在5X上样缓冲液中于90℃加热5分钟，然后在SDS PAGE上运行。将蛋白转移至硝酸纤维素膜上，用H3K9ac(abcam)和抗H3(abcam)抗体封闭并免疫印迹。如前所述进行PCR(6,8)。

脉冲电磁场(PEMF)暴露

本研究中使用的PEMF暴露装置产生空间均匀的时变场，由接二连三的脉冲组成，每个脉冲持续6ms，以15Hz的频率重复。每个脉冲序列由150微秒的脉冲间隔分离的、0通量的20×150微秒的非对称脉冲组成。磁通密度在20-50微秒内升至最高水平，并迅速下降(50T/s)。通量大小和持续时间如结果所示施加，并且在5-60分钟的暴露持续时间范围内在0.5mT和2mT之间。所有PEMF处理的样品与时间匹配的对照样品(0mT)进行比较，所述对照样品与实验样品完全相同地操作，包括放入PEMF产生装置指定的时间，除了该装置被设定为产生磁场信号。

活细胞成像

活细胞成像使用活细胞成像系统(CM Technologies Oy)进行。将细胞动力学概况和最近分离的细胞的示例输入到Cell-IQ Analyzer ^TM软件中，该软件能够在48小时的成像期内对细胞群进行形态分类和定量。同时监测两个六孔盘的细胞分裂；将两块板放入我们的PEMF装置中10分钟，但只有一个暴露于1mT的磁场。每个条件监测每个培养皿的三个孔，每个培养皿的三个孔接受100mM 2-APB。

微重力模拟

用随机定位机(RPM)实现重力机械卸载。将RPM保持在37℃的温度控制室中。计算出的运用于RPM上的细胞的重力低于0.02g。在8000/cm²的RPM实验开始前15小时接种细胞。15小时后，将一些样品与5mM CaCl₂一起温育10分钟，用PBS洗涤两次，给予老化的匹配的GM并置于RPM上。其他样品在置于RPM上之前，在37℃(0.5或1.5mT)暴露于PEMF10分钟。如下所述，样品在2小时后固定用于随后的细胞周期分析。

细胞周期分析

在RPM处理(以上)之后，将细胞固定并在-20℃在70％冰冷的乙醇中储存12至18小时，然后染色。使用碘化丙锭(PI)/RN酶染色试剂盒(BD Biosciences，cat#550825)通过FACS分析细胞周期。

C2C12成肌细胞的机械振动

PEMF线圈系统的固有振动用振动传感器BU-21771-000(Knowles Electronics，Itasca，USA)在50-6000Hz的频率范围内测量。然后用TV50018振荡器系统(Tira GmbH，Schaulkau，Germany)用机械信号刺激C2C12成肌细胞的培养皿，以模拟由PEMF暴露系统引起的振动。

结果

在培养的第一个24小时期间，C2C12成肌细胞中的TRPC1表达升高，支持其在满足钙增殖需要方面的着名作用。相反，TRPM7表达的变化更紧密地遵循细胞周期撤回的时间过程。因此TRPC1和TRPM7的表达模式分别对应于成肌细胞中的分化前和分化后状态。鉴于先前的报道，PEMF刺激多种干细胞类别的增殖，此外，诱导C2C12成肌细胞中钙增量，PEMF是否可以激发钙通过TRP通道进入进行了测试，如果是这样，对PEMF的敏感性是否相应于任何渠道的表达模式。

在平板接种的最初24小时内施加的PEMF(1mT)的短暂(10分钟)暴露增加胞浆钙水平(蓝色)至与1μM离子霉素(浅绿色；图7A)相似的程度。接下来，将配对的成肌细胞培养物在播种后18或48小时应用于PEMF的钙响应共同映射。尽管在培养48小时后静息钙水平较低(图7B，左)，但PEMF仍能够在任一时间点以基线相似的相对百分比增加胞质钙水平(图7B，右)，表明牵涉钙通道仍然在运作，48小时下调。用2-APB药理学拮抗TRPM7/C1通道排除了PEMF引起钙增量的能力，表明PEMF打开这些通道中的一个或两个(图7C)。通过将细胞外镁提高到10mM来选择性拮抗TRPM7并不能阻止PEMF升高细胞内钙，这表明PEMF主要瞄向TRPC1(图12)。

在未处理(灰色)和PEMF处理(青色)成肌细胞(图7C)中，2-APB将细胞溶质钙水平降低至共同基线，暴露TRP通道在“休息”(红色区域)处开放。接下来，进行测试以确定PEMF信号是否可以通过增加静息TRP通道活性来刺激成肌细胞的增殖，并且如果是这样，则需要这样做的最短时间。在培养的第一个24小时内施加1mT PEMF的单次5分钟暴露足以增强增殖(图8A)。尽管如此，在10分钟暴露的情况下观察到增殖的最大增加。相反，大于15分钟的暴露持续时间对增殖没有影响(也见图13A)。2-APB消除了PEMF增强增殖的能力(图8A，浅蓝色)，证实了TRPC1介导的钙进入导致增殖(图7C)。同样，环孢菌素A也阻止了PEMF增强增殖(图8A；插图)，表明PEMF诱导的钙进入激活钙依赖磷酸酶/NFAT钙依赖性信号传导。另一方面，如果在接种后48小时施加PEMF，则增殖增强减弱(图8C)。总之，PEMF通过增加通过TRPC1进入钙来促进增殖(图7)。由于TRPC1下调(图7B(左))，在培养48小时后，效果减弱，TRPC1对PEMF的敏感性降低(图7B，右)。鉴于TRPM7的基础表达总体上高于TRPC1，并且在48小时时进一步增加，当对PEMF的敏感性降低(图8C)时，证实PEMF不瞄向TRPM7，而是瞄向TRPC1。

暴露于1mT振幅的PEMF在增殖增加时最为一致(图8D)。虽然更强的场往往给予更大的增殖响应，它们也偶尔抑制增殖。这个结果的一个解释可能是更强的场刺激分化(细胞周期退缩)以及增殖(细胞周期进入)，因为两个过程都需要钙。接下来，进行测试以确定PEMF是否同样可以促进肌原性分化。将增殖的成肌细胞暴露于PEMF(1mT)增加平均肌管面积(图9A)，其被新霉素(100μM)阻止，同意氨基糖苷类抗生素拮抗TRPC1的数据。在平板接种18小时内仅施加一次PEMF暴露产生最大的差异。坚持这个协议PEMF治疗(1.5mT，10分钟)增加了较大的肌管数量和减少较小的肌管比例(图9B)。相反，如果在接种48小时后向成肌细胞施加PEMF(1.5mT，10分钟)，则观察到小肌管倾向(图9C)。在图9D和9E中描绘了在早期PEMF递送时观察到的肌管发育的增强。在两个图像中，新生的肌管呈绿色，而较大的，更成熟的肌管以红色(0mT；图9D)或蓝色(1.5mT；图9E)显示。未受刺激(图9D)的新生肌管(绿色)发生率高于PEMF处理的培养物(图9E)。相反，与对照相比，PEMF处理产生更大数量的更大的类胃丝状肌管(蓝色；图9E)(图9D)。另外值得注意的是PEMF处理的培养物中的未融合保留成肌细胞相对较少，这表明致力于融合(细胞周期停退)在早期暴露于场(下一节)之后更为包容。接下来测试了PEMF诱导的钙进入是否仅引发肌生成或对生肌状态施加决定性影响。每日PEMF刺激(孵化)缓解肌管形成，特别是参照单独的PEMF处理的细胞(蓝色；图9E)，而且还相对于未处理的培养物(红色)，表明反复刺激是适得其反的。

染色质修饰酶通过调节生肌调节因子的活性以及通过组蛋白翻译后修饰改变转录机器对染色质的可及性来调节肌源性进展。随后在18和48小时用1.5mT PEMF刺激后，表达P/CAF(组蛋白乙酰转移酶；22)，一种促分化表观遗传酶。在18小时，P/CAF的表达随着PEMF刺激而升高(图10A)。48小时时P/CAF表达的变化不明显(图10B)。在18小时(图10C，上图)暴露后，H3K9ac(P/CAF的组蛋白靶)的全球水平也上升得多于48小时(图10C，下图)。MyoD响应于早期PEMF施加而上调，与通过P/CAF的乙酰化活化相一致，并且反映了加速分化，特别是在早期时间点。相比之下，E2F1和p21的表达在晚些时间点分别上调和下调(图10B)，表明分化被推迟，但以后期PEMF刺激的增殖为代价。图10D显示了在平板接种后18小时(实心符号)和48小时(空心符号)暴露于1.5mT PEMF之后来自标记子集的响应的组合。因此，成肌细胞的发育状态决定了它们对PEMF的响应，通常在较早和较晚的时间点表现出二分性响应，并且在稍后的时间点应用时推迟分化。

PEMF在48小时后施加时可能会阻碍分化的一种机制是(图9C)，通过在其表达正常下降的时候通过剩余的TRPC1通道增强钙的流入(图7B，8C)。与平板接种后48小时应用的PEMF相比，TRPM1表达(图11A)增加了TRPC1的表达(图11B)，与PEMF介导的钙进入激活钙依赖磷酸酶(图8A)的发现相一致，后者反过来上调TRPC1表达，但不是TRPM7。胰岛素样生长因子1型(IGF-1)基因也在神经钙蛋白对照之下，并且在PEMF处理之后同样增加(图11C)。肌细胞生成素以依赖于钙调磷酸酶和MyoD的方式促进成肌细胞分化。肌细胞生成素表达在48小时后暴露于PEMF之后首先增加然后减少(图11D)，这可能反映了钙调磷酸酶的刺激(图8A)以及在稍后的时间点的myoD表达的降低(图11D)。这一结果也与之前的研究结果一致，即在增生后，伸展减少了肌细胞生成素的表达。因此，在培养48小时以后，成肌细胞对增加钙进入的PEMF响应(图7C)，进而上调TRPC1表达(图11A)，起到推迟分化的作用(图9C，9E，10B)。另一方面，早期的PEMF刺激通过首先激活TRPC1，从而刺激增殖(图8)并随后加速进入分化(图9)而产生促成肌细胞的作用。

生物响应窗口表征机械和PEMF刺激

PEMF参数的有限窗口被发现是最为肌源性的；应用于细胞10分钟的1mT振幅的PEMF对于刺激增殖是最有效的；如图8D所示，较短(<5分钟)或更长(>15分钟)的暴露时间的场效应(图8A，B)较低(<0.5mT)或更高(>1.5mT)刺激的增殖和分化的平衡。因此，本研究的PEMF信号显示如前所述用于细胞或组织的电磁刺激的经典的钙依赖性生物响应窗口。一项研究检测脂肪源性干细胞的研究发现，施加于30Hz频率的PEMF比更低(7.5,10,15Hz)或更高(45,60,75Hz)频率的成骨更能成骨，PEMF更多1mT(0.1mT)或更高(2,3mT)幅度(参见图7和8)的成骨。同样使用1mT振幅的PEMF，对于指向成骨谱系的骨髓MSC，观察到类似的频率窗口，其中较低频率(10,30Hz)比高频率(50,70Hz)更有利于促进分化。这个报告与以前的研究区别于PEMF刺激的短暂性，这是获得生物学结果所必需的，分别为10分钟和8或2小时。

生物响应窗口类似地定义细胞机械敏感性。在1Hz频率下MSC(10％菌株，15分钟)的循环拉伸比低(0.1Hz或0.5Hz)或更高(1.5Hz)频率更有效地促进增殖。伸展MSC 15分钟(10％应变，1Hz)刺激增殖超过更短(5分钟)或更长(30-60分钟)延伸时间间隔或更小(5％)或更大(15％)应变值，密切重现我们的PEMF时间(图8A，B)和幅度依赖性(图8D)。另一项研究表明，5％菌株在刺激MSCs增殖方面比8％-15％(0.03Hz，240分/天)的更大菌株更有效。拉伸成骨细胞(0.5Hz，20％拉伸)5或10分钟导致PI3K存活途径的激活比30分钟更强(参见图8)。另一项控制底物刚度变化的研究表明，在频率为0.1Hz的循环拉伸(5％)下，胚胎成纤维细胞的增殖和扩散增强，但不是以较低(0.01,0.03Hz)或较高的(0.3,1,10Hz)的拉伸频率。与PEMF刺激观察到的具有相似时间和大小特征的机械响应窗口的存在支持了PEMF正在冲击基本力传递过程的结论。

最后，本研究的PEMF范式引发TRPC1和IGF-1表达(增加)的变化与模拟重力(减少)(图11)所报道的相反变化以及抵消模拟微重力引起的细胞周期延迟(图14)，与PEMF在生物化学上模拟机械输入的解释一致。

本发明的PEMF刺激范例的新颖性

本发明的PEMF范例不同于大多数其他研究的暴露时间，无论是在多长时间和何时应用。首先，与在EMF科学文献中通常报道的相比，用更短的暴露时间(5-10分钟)获得了鼠成肌细胞的最佳结果。大多数公开的PEMF研究集中于成骨结果，并且通常每天使用更长时间的刺激方案，长达几周。其次，PEMF暴露限制在平板接种后的第一个24小时，这是一个在现场没有广泛遵守的规定。

本研究的短暂刺激方案是例外的，即使与促进肌生成所需的机械刺激的通常更长的持续时间相比。

场方向性

PEMF的场方向性是EMF功效窗口中的重要参数。

PEMF在正确的场方向上的施加赋予增强的细胞增殖，细胞分化和因子如活性氧类的产生。

PEMF在秀丽隐杆线虫(C.elegans)向下，向上和水平向上的施加表明，场的方向性与活性氧类(ROS)的产生相关，其中向下施加PEMF导致ROS产生增加，而PEMF水平施加导致ROS产生减少(图67)。ROS的产生又与C.elegans中的寿命延长有关。因此，所施加的PEMF的方向性对C.elegans的寿命延长起作用和影响。

当以正确的方向施加时，场方向性也增强细胞增殖。如图68所示，PEMF在与重力垂直的向下方向上的应用比在水平方向上应用PEMF或在垂直于重力的向上方向上更大程度地增强细胞增殖。

场方向性也导致由PEMF刺激的细胞产生的条件培养基的功效。特别地，用PEMF在垂直方向上刺激的细胞产生条件培养基，其比用PEMF以水平场方向性刺激的细胞收集的条件培养基更有效促进细胞响应(图70)。

通常，PEMF以垂直于或垂直于所讨论的细胞或组织的长轴的方向施加，产生最佳的生物效应。

图15至56涉及适当的PEMF参数和效果。

图15显示，与小鼠大小相比，PEMF引起氧化型肌肉(比目鱼肌)尺寸的不成比例的增加。A)将小鼠的比目鱼肌每周放置到PEMF装置中持续6个月，但不暴露于活性区域(0mT)。B)每周将小鼠的比目鱼肌暴露2mT PEMF的持续6个月。氧化型肌肉纤维被染黑。C)每周暴露于不同PEMF振幅持续6个月的小鼠的比目鱼肌平均大小。D)每周暴露于不同的PEMF振幅持续6个月的小鼠的体重。所有PEMF暴露(0mT、0.5mT、1mT和2mT)都持续10分钟。

图16显示氧化型纤维的横截面积减小以适应增加的氧需求。每周将小鼠暴露于2mT PEMF(10分钟)持续24周，比较对照(0mT)值，优先地降低比目鱼肌中各个氧化型肌纤维的横截面积；糖酵解纤维的横截面积不变(插图，左)。这种效果让人联想到研究显示，锻炼的动物或过表达肌细胞生成素产生类似的效果，并有助于脂肪酸氧化的高耗氧过程。

图17显示，在骨骼肌的EMF功效窗附近，氧化型纤维的数量随着PEMF刺激而增加PEMF治疗对氧化型肌肉的效果在1mT时最大，在减小的横截面面积(顶部)和氧化型纤维的总体百分比方面都是最大的。用指示的场将小鼠暴露于PEMF持续6个月。

图18显示了PEMF暴露概括了锻炼的快到慢得肌纤维切换特征。(6个月治疗@2mT持续10分钟/周)。

图19显示PEMF上调参与线粒体发生、脂肪酸氧化和一般肌生成的基因的表达。如所示的，通过PEMF治疗增强肌肉基因表达。除了C(CD36)外，所有证明的基因都被钙依赖磷酸酶/NFAT转录性调节。因此，对场的响应可以通过环孢菌素给药来排除(未显示)。这些基因的主要功能显示在括号内。(6个月治疗@2mT持续10分钟/周)。

图20A显示了PEMF诱导的TRPC1介导的成肌细胞中钙的流入增加了氧消耗速率(OCR)和活性氧类(ROS)的产生。A)人类成肌细胞测量显示暴露于1.5mT PEMF持续10分钟后6小时OCR增加。B)在PEMF(1.5mT)暴露后15分钟，活性氧类(ROS)的产生也增加。

图20B显示了PEMF诱导的TRPC1介导的成肌细胞中钙的流入增加了氧消耗速率(OCR)和活性氧类(ROS)的产生。C)响应于PEMF刺激的耗氧率(OCR)服从与增殖相同的EMF功效窗口。D)TRPC1通道拮抗剂(SKF-96365)阻断响应于PEMF暴露的OCR。将细胞暴露于PEMF，6小时后测量耗氧量。这些细胞响应遵循骨骼肌特有的线粒体毒物兴奋效应(mitohormeitic)EMF功效窗口ROS产生是PEMF刺激的钙流入的函数，因此也遵循细胞类型(未显示)的EMF功效窗口。

图21显示PEMF刺激产生呼吸气体。A&C)将含有细胞的烧瓶置于PEMF装置内，但没有接收到活性区域(0mT)。B&D)在从烧瓶脱离之前细胞烧瓶接受1mT PEMF持续5分钟(B)或10分钟(D)，十二小时之后在Volupac管(Sartorius)中向下转以进行体积分析。箭头显示响应于PEMF暴露，细胞呼吸所产生的气泡增加。

图22显示了当施加在骨骼肌的EMF功效窗口时，PEMF暴露瞄向氧化型肌肉。PEMF在小鼠中相对于混合肌肉(腓肠肌)的相对重量(肌肉重量/总体重)优先增加氧化型肌肉(比目鱼肌)的相对重量或主要增加快速肌肉(趾长伸肌)的相对重量(4个月的治疗@1mT持续10分钟/周)。*表示显着差异(>95％置信水平)。A)心脏，B)比目鱼肌肉，C)腓肠肌，和D)趾长伸肌。所有值都标准化为捐献组织的小鼠的体重。

图23显示，当被施加于骨骼肌的EMF功效窗口附近时，PEMF暴露主要在氧化型肌肉中诱导血管生成。与小鼠中的混合肌肉(腓肠肌)相比，PEMF优先增加氧化型肌肉(比目鱼肌)中的血管生成(4个月治疗@1mT持续10分钟/周)。相比之下，与比目鱼肌相比，在腓肠肌中观察到的肌核数目上调更多。血管(A&B)的比目鱼肌(A&C)和腓肠肌(B&D)分析和核(C&D)密度(/mm²)。PEMF治疗显然抵消了由递送的MRI模式引起的压力的影响。**和*分别表示>99％和>95％的置信水平。

图24显示PEMF在每周暴露几个月后增强了抗疲劳性。A)在每周的基础上暴露于2mT PEMF的小鼠或已经放入过我们的PEMF装置但不暴露于活性区域的小鼠中手术式地摘除了比目鱼肌。比目鱼肌随电压外部收缩并且进行疲劳率分析。B)来自对照(0mT)和PEMF治疗过(2mT)的小鼠的分离的比目鱼肌的图像。C)PEMF治疗对为疲劳的比目鱼肌的影响小。D)PEMF治疗对疲劳比目鱼肌的作用更为明显。

图25显示PEMF上调参与脂肪组织(B；FNDC5)的系统性“褐变”的体内肌肉基因的表达并且与TRPC1表达(A)相关联。(治疗6个月@2mT持续10分钟/周)。

图26显示体外分化成白色或褐色脂肪细胞的MSC的EMF功效窗口。UCP1表达被认为是“褐变”的指示。

图27显示在低强度的多次PEMF时段/周最小化脂肪积聚。响应于暴露于施加的低场强的小鼠体内脂肪百分比每周成倍降低。

图28显示将小鼠暴露于骨骼肌的EMF功效窗口的PEMF增强了在肌动蛋白释放下游的体内软骨生成。股骨(A，C，D)和胫骨(B，D，F)的测量。A，B)骨长。C，D)关节软骨。E，F)生长板。暴露于来源于MRI机器的0mT或1mT PEMF的小鼠的指数通常是有差异的。数据表明，MRI产生的噪音引起了1mT PEMF能够抵消的分解代谢压力。

图29显示响应于在骨骼肌的EMF功效窗口处对小鼠的PEMF治疗骨矿物质密度增加。A)骨小梁体积(BV/TV)呈现增加趋势，但没有达到显著。B)小梁厚度(Tb.Th)不变。C)骨小梁间距(Tb.Sp)显着增加。D)骨小梁数量(Tb.N)显着增加。用2mT PEMF治疗小鼠6个月，单个时段为10分钟/周。

图30显示每周PEMF暴露在骨骼肌的EMF功效窗口处递送时稳定小鼠中的胰岛素水平。PEMF治疗后胰岛素敏感性改善。(6个月@2mT持续10分钟/周)

图31显示PEMF暴露降低呼吸交换率(RER)，表明更大的脂肪酸氧化。RER在训练有素的人员中下降。

图32显示，如图所示，在PEMF治疗开始5周后，RER的下降即是明显的。

图33显示PEMF防止系统性炎症。炎症标志物(如所示)的取样通过在骨骼肌的EMF功效窗处每周PEMF暴露而稳定。每组10只小鼠，每周一次用1mT PEMF治疗4个月。

图34显示，如所指示的，来自MSC的体外软骨生成的EMF功效窗保存在几个软骨发生基因中；2mT PEMF施加一次，持续10分钟，得到最好的软骨生成结果。相对于对照(0mT)，从软骨生成的EMF功效窗口的峰值(2mT)偏离的PEMF经常是抑制性的。

图35显示在MSC的体外软骨生成过程中，EMF功效窗口保存在几个软骨生成基因(如所示)中；2mT PEMF施加一次，持续10分钟，得到最好的软骨生成结果。相对于对照(0mT)，从软骨生成的EMF功效窗口的峰值(2mT)偏离的PEMF经常是抑制性的。

图36显示在体外软骨生成过程中，MSC EMF功效窗被保存。使用胶原蛋白II(A，D，G)，胶原蛋白X(B，E，H)和番红蛋白(C，F，I)染色作为软骨生成诱导的指示剂对软骨生成诱导的组织学确定。2mT PEMF施加一次持续10分钟，得到最好的软骨生成结果。相对于对照(0mT)，从软骨生成的EMF功效窗口的峰值(10分钟)偏离的PEMF经常是抑制性的。

图37显示PEMF暴露不增加静息细胞凋亡(上图)，并且能够防止响应于凋亡刺激的细胞凋亡(下图)。上图)PEMF暴露在指式的幅度持续30分钟不会诱导显着水平的细胞凋亡。下图)在凋亡刺激(1mM H₂O₂)一小时后施加的低幅度(0.5mT)PEMF防止C2C12成肌细胞诱导凋亡。

图38显示心肌细胞暴露于其EMF功效窗口(3mT持续10分钟)可防止氧化性损伤。在加入50μM H₂O₂之前将大鼠心肌细胞系(H9C2)细胞暴露于3mT持续10分钟。加入H₂O₂ 5小时后通过流式细胞计量术确定细胞活力。

图39显示PEMF保护原代心肌细胞免于缺氧诱导的损伤。简短的PEMF暴露(1mT，10分钟)保护原代心肌细胞免于由缺氧转变为常氧所导致的氧化性损伤。

图40显示了PEMF保护原代心肌细胞免于缺氧损伤。图像的形态学数据转换如图39所示。

图41显示了PEMF保护原代心肌细胞免于缺氧损伤。图像的遗传数据转换如图39所示。

图42显示在肌肉的EMF效力窗口处的PEMF具有心脏保护作用，如所示基因的上调所指示。

图43显示PEMF暴露不诱导细胞的恶性转化；诱导软琼脂生长的能力。施加1mTPEMF持续20分钟，并且PEMF不诱导细胞的转化，如在软琼脂中在集落中生长的能力所表明的。

图44显示，在将H9C2心肌细胞暴露于其3mT的EMF功效窗之外的PEMF不增加细胞死亡。活/死染色显示H9C2心肌细胞暴露于4mT PEMF持续10分钟不损害细胞活力。H9C2心肌细胞对具有增殖作用的3mT PEMF(10分钟)有响应，而它们对具有增殖作用的4mT PEMF不响应(例如参见图45)。活细胞显示为绿色，而死细胞显示为红色。

图45显示了不同细胞类别的EMF功效窗口的例子。H9C2大鼠心肌细胞和人PT-2501MS响应于暴露于施加10分钟的3mT PEMF在增殖作用方面增强。另外参见针对软骨生成的MSC的EMF功效窗口(图34，图35)。

图46显示生长曲线反映了以下所讨论的细胞类型的EMF功效(3mT)窗口：A)、B)、C)、D)。另外参见大鼠H9C2心肌细胞的EMF功效窗口(也参见图45版面B)。

图47显示组织分化服从祖细胞增殖的EMF功效窗口。将PEMF以所示的振幅应用于成肌细胞(18小时后)，并在10天后检查分化(肌管大小)(也参见图45版面A)。

图48显示了癌细胞杀伤的EMF功效窗口。连续3天施加60分钟的3mT PEMF相对于对照选择性杀死MCF-7乳腺癌细胞，而在经受相同暴露范式的MCF-10正常乳房细胞中细胞活力得到改善。改编自Crocetti等人(2013)的低强度和频率脉冲电磁场选择性削弱乳腺癌细胞活力(Low Intensity and Frequency Pulsed Electromagnetic Fields SelectivelyImpair Breast Cancer Cell Viability)。

图49显示了癌细胞杀伤的EMF功效窗口。连续3天施加60分钟的3mT PEMF相对于对照选择性杀死MCF-7乳腺癌细胞(右移)，而在经受相同暴露范式的MCF-10正常乳房细胞中细胞活力得到改善。改编自Crocetti等人(2013)的低强度和频率脉冲电磁场选择性削弱乳腺癌细胞活力。

图50显示了癌细胞杀伤的EMF功效窗口。连续3天施加60分钟的3mT PEMF相对于对照选择性杀死MCF-7乳腺癌细胞，而经受相同暴露的MCF-10正常乳房细胞没有受到伤害。改编自Crocetti等人(2013)的低强度和频率脉冲电磁场选择性削弱乳腺癌细胞活力。

图51显示了癌细胞杀伤的EMF功效窗口。连续3天施加60分钟的3mT PEMF相对于对照选择性地杀死MCF-7乳腺癌细胞(分别为67％对81％活力)，而在经受相同暴露范式的MCF-10正常乳房细胞中的细胞活力反而得到增强(分别为89％和80％的活力)。改编自Crocetti等人(2013)的低强度和频率脉冲电磁场选择性削弱乳腺癌细胞活力。

图52显示细胞外血清因子调节成肌细胞中对PEMF的敏感性和培养基的调节。A)在5％胎牛血清(FBS)中生长的成肌细胞在平板接种后18小时当受到刺激时增强了对PEMF的响应。B)在20％FBS中生长的成肌细胞产生潜能更大的条件培养基(也参见图57至72)。受体细胞的增殖性响应提供了在指示细胞密度下来自在20％FBS(C)或5％FBS(D)中生长的供体细胞的条件培养基。

图53显示辣椒素钙响应与C2C12成肌细胞中对1mT PEMF的响应负相关。

图54显示PEMF刺激Jurkat T细胞中的钙流入，并且遵循其2mT持续10分钟的EMF功效窗口。

图55显示了PEMF刺激骨骼肌成肌细胞中钙的流入，并遵循其EMF功效窗口。

图56显示在骨骼肌祖细胞的EMF功效窗口处的PEMF暴露产生反映肌生成的整体加速的表观遗传变化。

图57至72涉及条件培养基和影响。

图57显示PEMF诱导间充质干细胞(MSC)增殖并调节其细胞外环境(条件培养基)。在人MSC的适当电磁(EMF)窗口处对人MSC的PEMF刺激的直接影响(A)和间接影响(B-D)。A)将MSC直接暴露于特定的PEMF刺激增殖。B)从用PEMF适当地刺激的hMSC收获的条件培养基刺激原初(未受刺激的)hMSC的增殖。原初细胞被给予从被暴露于所有指定场的hMSC收获的条件培养基。C)与版面B相同的实验条件，除了未处理的(无培养基变化的)细胞以深蓝色显示以供参考。D)用来自hMSC的条件培养基的hMSC活力的改善反映它们特定的EM窗口。

图58显示从人间充质干细胞收获的条件培养基对其他细胞类别有益。施以大鼠心肌细胞(H9C2细胞系)的从人MSC获取的条件培养基，以提高增殖进行响应，提高的增殖的程度类似于好像直接用相同的PEMF刺激一样。

图59A显示PEMF条件培养基含有升高水平的ECM组分和水平下调的ECM降解酶。外来体的分子标记也增加。

图59B显示了响应于PEMF刺激由MSC释放的再生性营养因子。生物活性剂在MSC的EMF功效窗口处的PEMF刺激MSC后释放到细胞外培养基中。示出了PEMF暴露后18小时指示的试剂浓度的比例变化(3mT/0mT)。

图60显示PEMF暴露导致在其特定的EMF功效窗口处产生细胞外基质。和频产生的显微镜观察显示C2C12成肌细胞暴露于PEMF持续10分钟增加它们的细胞外基质的沉积，这是一种通过阻断TRPC通道而被否定的效果，并且在场强度，1mT，骨成肌细胞的EMF功效窗口的峰值处最显着。

图61显示，在PEMF不能直接引发响应的情况下，条件培养基可以从在条件下的细胞引发响应。A)条件培养基(1mT(CM))从在其最佳场强(3mT)以下刺激的细胞产生响应。B)来自hMSC的PEMF-条件培养基(3mT(CM))可以刺激细胞中的增值，过度传代进入休止，而用PEMF直接刺激则没有效果。

图62A显示条件培养基的潜能与捐献的MSC的密度相反地分级。对于以低(A；7000个细胞/皿)或高(B；20,000个细胞/皿)密度平板接种的细胞，人MSC的电磁窗口是相同的。相反，对于低(A；～48％@3mT(CM))对高(B；～67％@3mT(CM))密度培养物，响应的相对强度最大。过度汇合的共同培养物(conculture)对PEMF刺激响应较差。

图62B显示细胞密度调节对直接施加的PEMF的增殖性响应。A)高C2C12细胞密度排除了PEMF的影响。在计数时确定得对照中的细胞密度；PEMF后15小时。B)C2C12细胞在低密度(细胞/ml)下更稳健地响应PEMF。

图62C显示细胞休止调节对直接施加的PEMF的钙响应。板读取钙测量表明，PEMF诱导的钙响应随系列传代而递减。

C2C12成肌细胞

图62D显示细胞休止调节对直接施加的PEMF的敏感性。A)伴随在H9C2心肌细胞的EMF功效窗口处施加PEMF刺激(3mT/0mT)的增殖的变化。B)来自版面A的原始数据。第14传代细胞(*)被允许达到高于正常汇合，并因此被PEMF抑制。解冻后的第一传代一致地对PEMF适度响应，因为细胞以高密度冷冻。所有的数据都表示三重的手段。

图63显示来自PEMF刺激的C2C12成肌细胞的条件培养基赋予原初C2C12成肌细胞增殖，并且与捐献细胞的密度相反地分级。从暴露于1.5mT PEMF(成肌细胞EMF窗口)的C2C12成肌细胞收获的条件培养基向原初(未暴露)和年龄匹配的成肌细胞转移增殖能力。A)以更高的密度平板接种并且因此从细胞周期中退出的细胞对场的响应性较低，并且产生比以较低密度平板接种的细胞具有较小增殖潜能的培养基(B)，尽管来自较高的传代。过度汇合的共同培养物(conculture)对PEMF刺激响应性较差。

图64显示对人MSC的软骨生成诱导的条件培养基加直接PEMF处理的超添加作用。A)条件培养基和直接PEMF(CM+2mT)暴露的联合作用大于两个单独作用(CM)或(2mT)的和。B)在版面A中观察到的效过的相对变化(对于0mT)。C)条件培养基和直接PEMF(CM+2mT)暴露的联合作用比条件培养基(CM)的单独作用大18倍。D)在版面C中观察到的效果的相对变化(对于0mT)。

图65显示响应于PEMF的外来体产生；肌肉的明显EMF功效窗口。PEMF在特定的电磁窗口刺激干细胞分泌外来体。用指示的幅度的PEMF直接刺激细胞。

图66显示响应于MSC的正确电磁窗口(EEW)的PEMF刺激，外来体大小转移到更大的值。暴露于适当EMF窗口的PEMF后，微泡/外来体分布发生改变。产生的外来体的浓度也随着PEMF刺激而增加。

图67显示了与场取向和ROS产生相关的秀丽隐杆线虫的寿命延长。寿命延长与响应于正确的场取向的活性氧类(ROS)的生成相关。结果还证明了由场方向调制的与寿命有关的EMF功效窗口。

图68显示通过用正确取向的PEMF刺激细胞，增殖被更极大地增强。将细胞暴露于正确取向的PEMF(向下)赋予最大的细胞生长。

图69显示正确取向的场更有效地促进软骨生成。针对软骨生成的MSC在被刺激到合适取向的PEMF时产生相对更高水平的胶原蛋白II。

图70显示从用正确取向的PEMF刺激的细胞收集的条件培养基比从以非优选取向刺激的细胞收集的条件培养基更有效地促进细胞响应。从以优选(垂直)和非优选(水平)取向暴露于PEMF(0mT&3mT)的MSC培养物中获得条件培养基(CM)，并将其提供给初原培养物(未暴露于PEMF)。只有来自暴露于正确的EMF功效振幅和优选取向的PEMF的培养物的CM才赋予细胞生长。实蓝条代表直接用所述取向的PEMF刺激的细胞。来自优选取向的CM赋予的细胞生长和EMF功效窗口培养物产生比直接PEMF刺激更大的增殖。虚线描绘了未暴露的增殖水平。

图71显示了场和细胞取向组合以获得最佳效果。细胞相对于场的适当取向对于生物学结果是至关重要的。如果磁场的方向垂直于所讨论的细胞或组织的长轴，理想的感应电流将会被最好地实现。使细胞/组织的长轴与磁场线平行对齐将改变EMF功效窗口，需要更大振幅的PEMF。必须和要被设计的暴露范式一起考虑要被瞄准的组织的对准和组织。

图72显示了场取向可以用于瞄向不同的组织。这鉴于：1)组织在体内具有不同的固有组织取向；2)组织的EMF窗口随着脉冲磁场的方向而改变；以及3)组织可以通过改变场的方向瞄准。在这个例子中，骨是周向组织的，而肌肉垂直组织成站立的个体。场的取向将取决于预期的生物学结果。

Claims (19)

1.一种用于向细胞施加脉冲电磁场(PEMF)的系统，所述系统包括：

用于获得细胞的特征的传感器；

存储器模块，所述存储器模块中存储有多个特征和PEMF功效窗口数据，每个特征具有其对应的PEMF功效窗口数据；

脉冲发生器，所述脉冲发生器耦合到一组PEMF线圈并且被配置为产生电脉冲的输出，以驱动所述一组PEMF线圈；和

与所述传感器、所述存储器模块和所述脉冲发生器通信的控制器，其中所述控制器被配置为：

从存储器模块检索对应于由传感器获得的细胞的特征的PEMF功效窗口数据；和

基于检索的PEMF功效窗口数据来控制脉冲发生器的输出，使得所述一组PEMF线圈根据所述PEMF功效窗口数据施加PEMF。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述PEMF功效窗口数据包括PEMF信号参数。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述PEMF信号参数包括由所述一组PEMF线圈发射的PEMF的振幅、频率、对称性、场梯度、均匀性、方向和持续时间中的一个或多个参数。

4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述多个特征包括所述细胞的类型，并且其中所述细胞是组织的一部分，并且所述传感器是能够检测组织的类型的组织传感器。

5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述系统还包括与所述脉冲发生器通信的放大器，所述放大器被配置为支持所述PEMF信号的频率范围。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，所述存储器模块还在其中存储有与多个PEMF方案有关的数据，每个特征具有其相应的PEMF方案，其中与所述多个PEMF方案有关的数据包括连续的PEMF施加时段之间的最小时间段和/或在一定时间内的最大数量的PEMF施加时段。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，还包括用于获取所述细胞的身份的识别模块，所述存储器模块还在其中存储有所识别的细胞的PEMF施加历史，所述识别的细胞的PEMF施加历史涉及至少一次先前的PEMF对所识别的细胞的施加，其中所述控制器进一步被配置为基于所识别的细胞的PEMF暴露历史来控制所述脉冲发生器的输出，以用于随后将PEMF施加到所识别的细胞。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，还包括用于在第一次施加PEMF之后检测来自所述细胞的响应的检测器，其中，所述控制器还被配置为基于检测到来自所述细胞的响应来控制所述脉冲发生器的输出，以用于随后将PEMF第二次施加到所述细胞。

9.一种使用取向脉冲电磁场(PEMF)调制预选的目标细胞类型的方法，所述方法包括：

以预定的场强在预定持续时间内将取向PEMF在特定的方向上施加到所述细胞，以调制所述目标细胞类型。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述预选的目标细胞类型是一种或多种细胞类型。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，目标细胞的所述调制选自由细胞增殖、细胞生长抑制、细胞周期停滞、细胞分化、细胞死亡、细胞代谢活化或猝灭和调节基因和/或蛋白质的表达中的一种或多种构成的组。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述预选的目标细胞是选自由干细胞、肌细胞、骨细胞、皮肤细胞、造血细胞、脂肪细胞和软骨细胞构成的组的细胞。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述干细胞选自由卫星细胞或成肌细胞、间充质干细胞(MSC)、软骨细胞和成骨细胞组成的组。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其中，所述细胞的所述调制由瞬时受体电位C1通道(TRPC1)和/或与TRPV通道的组合介导。

15.一种加速肌生成的方法，所述方法包括：

将取向PEMF施加于成肌细胞，

其中，在1.5mT的场强下施加PEMF10分钟，以及

其中，正交于所述成肌细胞的长轴施加所述取向PEMF。

16.一种再生受试者中的肌肉的方法，所述方法包括：

向受试者的肌肉细胞施加取向PEMF，其中在约1.5mT至3mT的场强下施加所述PEMF约10分钟，并且其中正交于肌肉细胞的长轴施加所述取向PEMF。

17.根据权利要求17所述的方法，其中，所述受试者是移动受制的并且遭受肌肉废用，并且/或者在受伤、锻炼、疾病、手术、移动受制、住院、抑郁的时期之后正经历康复，是年老的或患有退行性肌肉病症或其组合。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述方法增加健康受试者运动之后的肌肉再生。

19.一种使用取向脉冲电磁场(PEMF)调制预选的目标细胞类型的方法，所述方法包括：

使用根据权利要求1所述的系统向所述细胞施加取向PEMF，其中，所述目标细胞类型由所述取向PEMF调制，并且其中，除了所述目标细胞类型之外的细胞类型不由所述取向PEMF以其EMF功效窗口之外的PEMF幅度调制。