מחלת לב וכלי דם אטרוסקלרוטית (ASCVD) היא הגורם המוביל בעולם למוות ולנכות, ולמרות התקדמות טיפולית משמעותית, נטלה נותר ללאפחות. טרשת עורקים היא מחלה דלקתית כרונית בדופן העורק, המונעת על ידי אינטראקציות מורכבות ודינמיות בין אוכלוסיות תאים מגוונות שמתכננות יחד את ההתקדמות השקטה ממחלה תת-קלינית מוקדמת לאירועים קרדיווסקולריים (CV) שמשנים חיים2.
בעורקים בינוניים וגדולים, הצטברות משקעי כולסטרול בתוך המאקרופאגים היא סימן היכר של טרשת עורקים3. רובד הטרשת מורכב מחומצות שומן, כולסטרול, תאים דלקתיים, סידן, פיברין, תאי שריר חלק, תאי אנדותל ושאריות תאיות בתוך תת-האנדותל. פלאקים אטרוסקלרוטיים מסווגים לשני סוגים: בסיכון נמוך ובסיכון גבוה. פלאקים בסיכון גבוה מזוהים לפי נטייתם לעורר אירוע קרדיווסקולרי נוסף, בדרך כלל באמצעות מנגנונים כמו סחף או קרע של פלאק.
מאפייני פלאקים בסיכון גבוה כוללים ליבות שומן גדולות, מספר תאים דלקתיים, פחות תאי שריר חלק, כיסוי סיבי דק, מיקרוקלציפציה, דימום תוך-פלאקי, כלי דם נאו, וליבה נקרוטית6. זיהוי פלאקים בסיכון גבוה מתבצע קלינית באמצעות שיטות דימות לא פולשניות ופולשניות, כלומר, טומוגרפיה כלילית ממוחשבת (CCTA) וטומוגרפיה קוהרנטית אופטית (OCT), בהתאמה 7,8. למרות התקדמות רבה בדימות לב וכלי דם, עדיין קשה לחזות את קרע הפלאק הטרשת העורקים שגורם לאוטם שריר הלב (MI), והוא לא תמיד שימושיבהקשרים קליניים.
למרות עשרות שנים של מחקר, עדיין חסרים לנו סמנים ביוקולטיביים אמינים שיכולים לזהות במיוחד פנוטיפים של פלאקים בסיכון גבוה, מה שמשאיר פער קריטי בניהול הקליני של טרשת עורקים. דבר זה מדגיש את הצורך באסטרטגיות מולקולריות שיכולות לאפיין את הפלאקים הללו ברמה ביולוגית בסיסיתיותר 7,10. בהקשר זה, סמנים מבוססי RNA זכו לתשומת לב רבה, שכן הם יכולים ללכוד את הפעילות השעתוקית המורכבת המתרחשת בתוך מיקרו-סביבת הפלאק11. פיתוחים אחרונים בריצוף RNA חד-תאי (scRNA-seq) הוכיחו את עצמם כעוצמתיים במיוחד, והציעו פתרון חסר תקדים לפרופיל תאים בודדים בתוך פלאקים אטרוסקלרוטיים ולחשוף אוכלוסיות תאים מובחנות, דפוסי ביטוי גנים ונתיבים מולקולריים שמאחורי פגיעות הפלאק12,13. למרות התפתחויות אלו, קיים מעט ידע על תהליכי הוויסות האישי, האינטראקציות והחשיבות התפקודית של סוגי התאים השונים המעורבים בהתפתחות טרשת עורקים14.
כאשר העומס הטרשת העורקים חמור ומפוזר, החזרת כלי דם כירורגית הופכת לאסטרטגיית הטיפול הסופית. אנדארטרקטומיה כלילית (CE) היא תוספת ניתוחית לניתוח השתלת מעקפים בעורק כלילי (CABG) שבה רובד טרשת עורקים מוסר באופן מכני מעורקים כליליים חולים במפוזרות, כדי לאפשר השתלת מעקפים ולהשיג ריקולריזציה מלאה של שריר הלב15,16. פלאקים אטרוסקלרוטיים ודגימות אנדארטרקטומיה מאתגרים במיוחד לעבודה משום שהם מכילים שפע של רקמות נקרוטיות, משקעים של שומן, פיברין והסתיידויות. כאשר רקמות אלו מפורקות לניתוח, הן מייצרות פסולת משמעותית שחוסמת מסננים ומערכות מיקרופלואידיות, מה שמקשה מאוד על בידוד תאים בודדים ברי קיימא17,18. למעשה, מחקר אחד על רובד התרדמה מצא שתאים חיים מהווים פחות מ-1% מכלל החלקיקים לאחר עיבוד רקמות; השאר היו פשוט שברי לוחית18.
להחמרת האתגר הזה, פלאקים אטרוסקלרוטיים קיימים במצב של לחץ מטבולי וחמצוני כרוני, שבו תאים העוברים אפופטוזיס, הזדקנות ותהליכים ניווניים אחרים הופכים את ממברנות התאים לשבריריים יותר ורגישים להפרעה, מה שמקשה מאוד על בידוד תאים בודדים ברי קיימא 18,19,20. העיכול המכני והאנזימטי הנדרש להכנת דגימות ל-scRNA-seq לעיתים פוגע בתאים שכבר היו פגועים, מה שמפחית עוד יותר את החיוניות ומוביל לקצב לכידת תאים נמוך. תהליך זה גם נוטה לאבד באופן סלקטיבי אוכלוסיות תאים שבירות או נדירות, מה שיוצר הטיה משמעותית הן לנתוני הטרנסקריפטומיה והן לסוגי התאים המוצגים בתוצאות הסופיות. בעיה זו מתבהרת אף יותר בפלאקים מסוידים או חולים מאוד, שם תנאי העיבוד הקשים הנדרשים לפירוק הרקמה גורמים לנזק נוסף לחיוניות התאים 18,21,22.
לעומת זאת, הגרעין נשאר שלם מבחינה מבנית גם בתנאים קשים אלו23. הסיבה העיקרית לכך היא מעטפת גרעינית, שכבה כפולה של שומנים מחוזקת על ידי למינים גרעיניים (Lamin A/C ו-Lamin B), המספקת קשיחות מכנית ועמידות ללחצים האוסמוטיים, האנזימטיים והפיזיים שמפריעים בקלות לממברנת הפלזמה24,25. הלמינה הגרעינית גם שומרת על מורפולוגיית הגרעין גם כאשר הציטופלזמה הסובבת נפגעת קשות26. דבר זה הופך את ריצוף ה-RNA בגרעין יחיד (snRNA-seq) לחלופה מעשית ואמינה יותר לריצוף RNA חד-תאי (scRNA-seq) לפרופיל רקמות אטרוסקלרוטיות27. על ידי לכידת מידע שעתוק מגרעינים שלמים במקום תאים שלמים, snRNA-seq עוקף את המגבלות הנובעות מחיוניות תאים ירודה ותכולת פסולת גבוהה, ומאפשר פרופיל טרנסקריפטומי מדויק ומקיף יותר של מיקרוסביבת הפלאק18.
לכן, במחקר זה אנו מציגים פרוטוקול בידוד גרעינים אופטימלי שפותח במיוחד לרקמת אנדארטרקטומיה כלילית, הכולל ליזיס מבוסס אבקה לא-יונית ומשך ליזיס מותאם אמפירית בהתאם למידת ההסתיידות ברקמות, כדי לספק גרעינים איכותיים עם שלמות מבנית ו-RNA משומרת המתאימים לניתוח snRNA-seq במורד הזרם.