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Nell'ultimo decennio, il sequenziamento di nuova generazione e l'imaging ad alta risoluzione si sono convergenti per far progredire la trascritomica spaziale, un metodo di quantificazione dell'intero trascrittoma preservando la posizione precisa di ogni trascrizione nelle sezionitessuti 1,2. Quando abbinati al campo di sequenziamento dell'RNA a cellule singole (scRNA-seq) a maturazione rapida, gli approcci spaziali offrono una via efficiente per collegare le firme geniche con specifici tipi cellulari, stati e nicchie all'interno di un tessuto o organo, arricchendo notevolmente la nostra comprensione dei meccanismi delle malattie 3,4,5,6,7 . Sono in fase di sviluppo molteplici piattaforme commerciali, come 10X Visium, NanoString GeoMx e CosMx, Slide-seq e DBiT-seq, ciascuna supportata da protocolli ottimizzati per tessuti molli e altamente cellulari come tumori e tessuto cerebrale. Il settore sta vivendo una crescita esplosiva, con PubMed che indicizza circa 150 pubblicazioni nel 2023, quasi 300 nel 2024 e in corsa di superarne 500 nel 2025. Nonostante questo aumento, la biologia vascolare rimane sottorappresentata rispetto al cancro, alle neuroscienze e all'immunologia.
I tessuti duri o mineralizzati, come ossa, cartilagine, denti e arterie o vene calcificate e ricche di placca, si sono dimostrati molto meno pratici. Gli ostacoli tecnici sono multifaccettati. Innanzitutto, i tessuti con matrici minerali dense richiedono chelazione o rimozione a base di acidi, trattamenti aggressivi che possono frammentare l'RNA e distorcere la morfologia tissutale. In secondo luogo, i tessuti malati, sia feriti che fibrotici, spesso contengono poche cellule viventi incorporate in una ricca matrice extracellulare (ECM), riducendo la resa dei trascrizioni e complicando la normalizzazione dei dati. Inoltre, i tessuti vascolari possiedono un'architettura sottile e concentrica (intima, media, adventitia) avvolta attorno a un lumen cavo. Lo spessore limitato della parete, specialmente l'intima a strato unicellulare, significa che le aree di cattura possono contenere tessuti scarsi, e le sezioni possono strapparsi o staccarsi durante fasi di colorazione e ibridazione di più ore. Di conseguenza, gli studi trascritomici spaziali sul tessuto vascolare rimangono rari, anche se le malattie cardiovascolari sono costantemente tra le principali cause di morte e morbilità grave a livello mondiale. Gli articoli sui protocolli esistenti enfatizzano in modo schiacciante l'elaborazione dei dati, la visualizzazione o piattaforme diverse da NanoStringGeoMx 8,9,10,11,12,13. Tra questi articoli, pochi descrivono metodi a livello di laboratorio per l'elaborazione delle arterie tibiali malate, un vaso clinicamente rilevante nella malattia delle arterie periferiche (PAD), specialmente per i pazienti diabetici che rappresentano una quota crescente della popolazione colpita.
Per colmare questa lacuna, presentiamo un flusso di lavoro completo per arterie tibiali umane calcificate ottenute da pazienti con PAD che hanno subito amputazione. Il protocollo comprende: (1) ritaglio e dissezione dei tessuti immediatamente dopo il prelievo in sala operatoria; (2) corretta fissazione e decalcificazione dei tessuti che mantengano l'integrità della morfologia tissutale e dell'RNA; (3) costruzione di microarray tissutali (TMA) a risparmio costi per minimizzare gli effetti dei lotti; (4 ) ibridazione in situ di RNAscope e colorazione istologica del calcio per il controllo della qualità; e (5) strategia di selezione della regione di interesse (ROI) specificamente progettata per arterie tibiali calcificate sulla piattaforma GeoMx Digital Spatial Profiler (DSP). Questi passaggi includono tutte le procedure precedenti alla raccolta dei campioni sullo strumento DSP, la preparazione della libreria, il sequenziamento e l'analisi dei dati.
Sebbene dimostrati sulla piattaforma DSP di riferimento, i principi possono guidare la preparazione dei tessuti per il 10X Visium o altre piattaforme, e la metodologia è facilmente adattabile a ulteriori letti vascolari o modelli animali. Questo protocollo può essere adattato per tessuti di biobanca e post-mortem, ma il suo successo dipende in modo critico dalle condizioni di conservazione, fissazione e conservazione dei tessuti. I tessuti dovrebbero essere sistemati immediatamente dopo il raccolto per minimizzare il tempo ischemico (idealmente entro 1 ora). Si raccomanda la formalina standard al 10% di neutro tamponata (NBF) per almeno 16 ore a temperatura ambiente (RT). I tessuti devono essere incorporati immediatamente dopo la fissazione e non devono essere conservati nell'etanolo per più di 3 giorni. I blocchi FFPE fissati in paraffina fissata (FFPE) processati e conservati nelle condizioni raccomandate rimangono adatti alla profilazione spaziale per circa 3 anni, anche se la qualità dell'RNA diminuisce con l'età del blocco. Di conseguenza, si raccomanda la valutazione della qualità dell'RNA per campioni a bassa cellularità, blocchi conservati in 6 mesi, campioni di biobanca e tessuti post-mortem. La qualità minima accettabile dell'RNA dipende dal test selezionato, dalla selezione del ROI, dalla risoluzione desiderata e dalle raccomandazioni della struttura principale. In pratica, circa 50-100 nuclei per segmento sono comunemente raccomandati per risultati robusti. La piattaforma DSP supporta sia FFPE che tessuti freschi congelati. In questo protocollo, ci concentriamo sui tessuti FFPE.
Sebbene questo studio si concentri sulla trascrittomica spaziale, è facilmente integrato con scRNA-seq. Utilizzando dataset pubblicati di scRNA-seq e deconvoluzione spaziale computazionale, le proporzioni di tipo cellulare possono essere stimate per ogni punto spaziale e gli stati cellulari definiti da scRNA-seq possono essere proiettati sull'architettura tissutale. Mantenendo sia la struttura che l'integrità dell'RNA, il nostro protocollo consente la validazione a valle di singola o singola molecola, massimizzando le intuizioni biologiche da preziosi campioni vascolari e un'adozione più ampia della trastrastomica spaziale nella ricerca in biologia vascolare.