اثر سلول بنيادي مزانشيمي و تمرين هوازي بر بيان ژن‌هاي β-catenin و GSK-3β بافت قلب در رت‌هاي مدل تجربي استئوآرتريت زانو

The Effect of Mesenchymal Stem Cell and Aerobic Exercise on the Expression of β-catenin and GSK- 3β Genes in Heart Tissue of Rats in the Experimental Model of Knee Osteoarthritis

مقدمه: توان تكثير براي مدت طولاني سبب شده است كه سلول بنيادي مزانشيمي به يك منبع مناسب در استراتژي­هاي ترميم بافتي، سلول درماني و مهندسي بافت تبديل شود، از طرفي فعاليت ورزشي منظم، به­عنوان بخشي از كارهاي روزمره فرد ممكن است به مديريت شرايط پاتولوژيك كمك كند. هدف از پژوهش حاضر بررسي اثر تزريق سلول هاي بنيادي مزانشيمي و تمرين هوازي بر بيان ژن β-catenin و GSK-3β بافت قلب موش هاي مدل تجربي استئوآرتريت زانو مي­باشد. مواد و روش ها: بدين منظور 35 سر موش نر نژاد ويستار با ميانگين وزني 250-300 گرم پس از انتخاب به 5 گروه تقسيم شدند (7سر در هر گروه): 1) كنترل –سالم، 2) كنترل- بيمار، 3) سالين، 4) (Mesenchymal Stem Cells) MSCs و 5) تمرين + MSCs. در ابتدا مدل استئوآرتريت القاء شد. سپس به­ منظور گروه­ بندي جهت استفاده از سلول­ هاي بنيادي مزانشيمي از ناحيه فمور و tibia سلول مغز استخوان جمع­ آوري و پس از كشت در آزمايشگاه براي هر موش 1000000 به­ ازاي يك كيلوگرم وزن بدن موش آماده­ سازي شد و در طول دوره­ ي ريكاوري و به­ عنوان يك­ بار تزريق در محل القاء مدل سلول­ ها تزريق شدند. برنامه تمريني 4 هفته ­اي با رعايت اصل اضافه بار به صورت پيشرونده اجرا شد. آناليز آزمايشگاهي سطوح ژن β-catenin و GSK-3β بافت قلب با استفاده از كيت هاي تجاري ويژه و با روش Real-time PCR تعيين شد. تجزيه و تحليل داده ها با استفاده از آزمون آناليز واريانس يك راهه انجام شد. نتايج: القاي مدل (Osteoarthritis) OA در موش­ هاي صحرايي منجر به افزايش معني­ داري در ژن –cateninβ و هم­ چنين كاهش معني ­دار در ژن­ GSK3 بافت قلب نسبت به گروه كنترل سالم گرديد، كه سلول و تمرين+سلول منجر به كاهش در ژن­ –cateninβ و هم­ چنين افزايش در ژن­ GSK3 بافت قلب در مقايسه با گروه بيمار شد، كه تغييرات ايجاد شده در گروه سلول به تنهايي معني­ دار نبود ولي در گروه تمرين+سلول معني­ دار بود. بحث و نتيجه­ گيري: تزريق سلول بنيادي به­ تنهايي تأثير چنداني بر ژن ­هاي β-catenin و GSK-3β بافت قلب نداشت ولي انجام تمرين هوازي پس از تزريق سلول­ هاي بنيادي در رت­ هاي استئوآرتريت­ شده به­ خوبي توانست تغييرات معني ­داري را در ژن­ هاي β-catenin و GSK-3β بافت قلب ايجاد كند. بنابراين تزريق سلول بنيادي به­ همراه انجام تمرين هوازي ممكن است از طريق مهار سيگنالينگ Wnt/ β-catenin در قلب از ابتلا به بيماري قلبي عروقي در مدل تجربي استئوآرتريت جلوگيري نمايد.

Introduction: Proliferation has long been the main source of mesenchymal stem cells (MSCs) in tissue repair, cell therapy and tissue engineering strategies. On the other hand, regular exercise as part of a person’s daily routine may help manage pathological conditions. The aim of this study was to investigate the effect of mesenchymal stem cell injection and aerobic exercise on the expression of β-catenin and GSK-3β gene in the heart tissue of mice in an experimental model of knee osteoarthritis. Methods and Materials: For this purpose, 35 male Wistar rats with an average weight of 250-300 gr were divided into 5 groups (7 heads in each group) : 1) control-healthy, 2) controlpatient, 3) saline, 4) MSCs and 5) exercise + MSCs. The OA model (osteoarthritis) was induced initially. Bone marrow cells were then collected for grouping to use MSCs from the femur and tibia. After culturing in the laboratory, 1000000 per kg body weight were prepared for each mouse. During the recovery period, cells were injected as a single injection at the site of induction. The 4-week training program was implemented progressively in accordance with the principle of overload. Laboratory analysis of β-catenin and GSK-3β gene levels in cardiac tissue was determined using special commercial kits by real-time PCR. Data analysis was performed using one-way analysis of variance. Results: Induction of the OA model in rats resulted in a significant increase in the β-catenin gene. Moreover, it caused a significant decrease in the GSK3β gene of heart tissue compared to the healthy control group in addition, MSCs and exercise + MSCs resulted in a decrease in the β–catenin gene as well as an increase in the GSK3β gene of heart tissue compared to the patient group. The changes in the MSCs group were not significant lonely; however, they were significant in the exercise+ MSCs group. Discussion and Conclusion: Stem cell injection had little effect on β-catenin and GSK-3β genes in heart tissue. However, aerobic exercise after stem cell injection in osteoarthritis rats was able to make significant changes in β-catenin and GSK-3β genes created heart tissue. Therefore, stem cell injection combined with aerobic exercise may prevent cardiovascular disease in the experimental model of osteoarthritis by inhibiting wnt/β-catenin signaling in the heart.