細胞膜の流動性とROS抵抗性は、凍結保存された滑膜MSCおよびHUVECのDMSO耐性を定義します

目的：滑膜間葉系幹細胞（MSC）は凍結融解耐性が高く、一方、ヒト臍静脈内皮細胞（HUVEC）は凍結耐性が低い。細胞型固有の凍結融解耐性と関係するメカニズムの違いは不明です。したがって、この研究は、MSCとHuvecs間の凍結融解耐性の違いに関与する生物学的および物理的要因を特定することを目的としています。 材料と方法：生物学的分析のために、ジメチルスルホキシド（DMSO、凍結防止剤）に応答した凍結解凍後の遺伝子発現の変化後のMSCおよびHUVECの生存率を定量的に評価しました。物理分析のために、DMSO添加の前後のMSCおよびHUVECの細胞膜流動性を、一般化偏光頻度のヒストグラムを使用して評価しました。 結果：HUVECは、MSCよりもDMSOに応答した細胞外小胞に関連するライブ細胞速度の低下とより高い遺伝子発現の変化を示しました。流動性測定により、HUVEC膜はMSCと比較してDMSOに非常に流動性が高く敏感であることが明らかになりました。高液性飽和脂肪酸を生成するステアイル-CoAデサチュラーゼ（SCD1）の阻害剤であるCay10566の添加は、Huvecsの流動性を低下させ、DMSOに対する耐性を増加させました。Cay10566と抗酸化グルタチオン（GSH）治療の組み合わせにより、HUVECの生存率は57％から69％に改善されました。したがって、膜の流動性の変化は、細胞質誘発性酸素種の産生への細孔誘発DMSOの流入に寄与する可能性があり、抗酸化能力が低いHUVECの細胞毒性が大きくなります。 結論：凍結融解耐性の違いは、流動性と抗酸化能力に関する細胞膜の違いに由来します。これらの発見は、移植療法の促進を目的とした適切な長期保存方法を確立するために、細胞生物学と膜哲学を分析するための基礎を提供します。

OBJECTIVES: Synovial mesenchymal stem cells (MSCs) have high freeze-thaw tolerance, whereas human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) have low freezing tolerance. The differences in cell type-specific freeze-thaw tolerance and the mechanisms involved are unclear. This study thus aimed to identify the biological and physical factors involved in the differences in freeze-thaw tolerance between MSCs and HUVECs. MATERIALS AND METHODS: For biological analysis, MSC and HUVEC viability after freeze-thawing and alteration of gene expression in response to dimethyl sulfoxide (DMSO, a cryoprotectant) were quantitatively evaluated. For physical analysis, the cell membrane fluidity of MSCs and HUVECs before and after DMSO addition was assessed using a histogram for generalized polarization frequency. RESULTS: HUVECs showed lower live cell rates and higher gene expression alteration related to extracellular vesicles in response to DMSO than MSCs. Fluidity measurements revealed that the HUVEC membrane was highly fluidic and sensitive to DMSO compared to that of MSCs. Addition of CAY10566, an inhibitor of stearoyl-coA desaturase (SCD1) that produces highly fluidic desaturated fatty acids, decreased the fluidity of HUVECs and increased their tolerance to DMSO. The combination of CAY10566 and antioxidant glutathione (GSH) treatment improved HUVEC viability from 57 to 69%. Membrane fluidity alteration may thus contribute to pore-induced DMSO influx into the cytoplasm and reactive oxygen species production, leading to greater cytotoxicity in HUVECs, which have low antioxidant capacity. CONCLUSIONS: Differences in freeze-thaw tolerance originate from differences in the cell membranes with respect to fluidity and antioxidant capacity. These findings provide a basis for analyzing cell biology and membrane-physics to establish appropriate long-term preservation methods aimed at promoting transplantation therapies.