Abstract Variation in Mesenchymal Stromal Cell (MSC) function depending on their origin is problematic, as it may confound clinical outcomes of MSC therapy. Current evidence suggests that the therapeutic benefits of MSCs is primarily attributed to secretion of various biologically active factors (secretome). However, the effect of donor characteristics on the MSC secretome composition remains largely unknown. Here, we examined the influence of donor age, sex and tissue source, on the protein profile of the equine MSC secretome. Initially, we used dynamic metabolic labelling with stable isotopes combined with liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) to identify secreted proteins in MSC conditioned media (CM). Seventy proteins were classified as classically-secreted based on the rate of isotope label incorporation into newly synthesised proteins released into the extracellular space. Next, we analysed CM of bone marrow- (n = 14) and adipose-derived MSCs (n = 16) with label-free LC-MS/MS proteomics. Clustering analysis of 314 proteins detected across all samples identified tissue source as the main factor driving variability in MSC CM proteomes. Linear modelling applied to the subset of 70 secreted proteins identified tissue-related difference in the abundance of 23 proteins. There was an age-related decrease in the abundance of two proteins (CTHRC1, LOX), which has been validated with western blot and enzymatic activity assay. There was limited evidence of sex-related differences in protein abundance. In conclusion, this study provides evidence that tissue source and donor age contribute to heterogeneity in the protein composition of MSC secretomes which may influence the effects of MSC-based cell therapy. Significance statement This research shows for the first time that donor age can influence the proteins secreted by mesenchymal stromal cells (MSC), which is considered the main mechanism through which they mediate their biological actions. This information may improve our understanding of the variable outcomes observed in MSC clinical studies, as well as identify optimal sources and donor selection for specific clinical applications.

Abstract Equine osteoarthritis is a heterogeneous, degenerative disease of the musculoskeletal system with multifactorial causation, characterised by a joint metabolic imbalance. Extracellular vesicles are nanoparticles involved in intracellular communication. Mesenchymal stem cell (MSC) therapy is a form of regenerative medicine that utilises their properties to repair damaged tissues. Despite its wide use in veterinary practice, the exact mechanism of action of MSCs is not fully understood. The aim of this study was to determine the synovial fluid extracellular vesicle protein cargo following integrin α10β1-selected mesenchymal stem cell treatment in an experimental model of equine osteoarthritis with longitudinal sampling. Adipose tissue derived, integrin α10-MSCs were injected into the osteoarthritis afflicted joint after 18 days post surgery. Sixty-nine synovial fluid samples were collected via aseptic arthrocentesis at day 0, 18, 21, 28, 35, and 70. Synovial fluid was hyaluronidase treated and extracellular vesicles isolated using differential ultracentrifugation. Extracellular vesicles were characterised using the Exoview human tetraspanin chip. Extracellular vesicle concentration, surface marker identification, fluorescent microscopy and tetraspanin colocalization analysis was undertaken, in conjunction with nanoparticle tracking analysis. For proteomics, extracellular vesicle pellets were suspended in urea lysis buffer. Samples were reduced, alkylated and digested on SP3 beads with trypsin/LysC. A data independent acquisition mode was utilised for nano liquid chromatography tandem mass spectrometry analysis on a Triple TOF 6600 mass spectrometer. A total of 442 proteins were identified across all samples, with 48 proteins differentially expressed (FDR≤ 0.05) between control and osteoarthritis treated with MSCs.. The most significant pathways following functional enrichment analysis of the differentially abundant protein dataset were serine endopeptidase activity (p=0.023), complement activation (classical pathway) (p=0.023), and collagen containing extracellular matrix (p=0.034). To date this is the first study to quantify the global extracellular vesicle proteome in synovial fluid following MSC treatment of osteoarthritis. Changes in the proteome of the synovial fluid-derived EVs following MSC injection suggest EVs may play a role in mediating the effect of cell therapy through altered joint homeostasis and an improved phenotype.