Miażdżycowa choroba sercowo-naczyniowa (ASCVD) jest wiodącą na świecie przyczyną zgonów i niepełnosprawności, a pomimo znaczących postępów terapeutycznych, jej obciążenie pozostajeniezmniejszone. Miażdżyca to przewlekła choroba zapalna ściany tętnicy, napędzana przez złożone i dynamiczne interakcje między różnorodnymi populacjami komórek, które wspólnie koordynują cichy przebieg od wczesnej choroby subklinicznej do zmieniających życie zdarzeń sercowo-naczyniowych (CV)2.
W średnich i dużych tętnicach nagromadzenie się cholesterolu w makrofagach jest cechą charakterystyczną miażdżycy3. Płytka miażdżycowa składa się z kwasów tłuszczowych, cholesterolu, komórek zapalnych, wapnia, fibryny, komórek mięśni gładkich, komórek śródbłonka oraz zanieczyszczeń komórkowych wewnątrz podśródbłonka4. Blaszki miażdżycowe dzielą się na dwa typy: niskiego ryzyka i wysokiego ryzyka. Płytki wysokiego ryzyka rozpoznaje się po tendencji do wywoływania kolejnego zdarzenia sercowo-naczyniowego, zazwyczaj poprzez mechanizmy takie jak erozja płytki lub pęknięcie5.
Cechy płytk wysokiego ryzyka obejmują duże rdzenie lipidowe, kilka komórek zapalnych, mniej komórek mięśni gładkich, cienką włóknistą czapkę, mikrozwapnienie, krwotok wewnątrzblaszkowy, naczynia neo-naczyniowe oraz martwicze jądro6. Wykrywanie blaszek wysokiego ryzyka przeprowadza się klinicznie za pomocą nieinwazyjnych i inwazyjnych metod obrazowania, mianowicie angiografii wieńcowej komputerowej (CCTA) oraz optycznej tomografii koherencyjnej (OCT), odpowiednio 7,8. Pomimo licznych postępów w obrazowaniu sercowo-naczyniowym, nadal trudno jest przewidzieć pęknięcie płytki miażdżycowej powodującej zawał mięśnia sercowego (MI), a nie zawsze jest to przydatne w warunkach klinicznych9.
Pomimo dekad badań, wciąż brakuje nam wiarygodnych, krążących biomarkerów, które mogłyby konkretnie zidentyfikować fenotypy płytk wysokiego ryzyka, co pozostawia istotną lukę w naszym klinicznym leczeniu miażdżycy. Podkreśla to potrzebę stosowania strategii molekularnych, które mogą scharakteryzować te płytki na bardziej fundamentalnym poziomie biologicznym 7,10. W tym kontekście markery oparte na RNA zyskały znaczną uwagę, ponieważ mogą uchwycić złożoną aktywność transkrypcyjną zachodzącą w mikrośrodowisku płytki11. Najnowsze osiągnięcia w sekwencjonowaniu pojedynczych komórek RNA (scRNA-seq) okazały się szczególnie skuteczne, oferując bezprecedensową rozdzielczość profilowania pojedynczych komórek w miażdżycowych płytkach oraz odkrywania odrębnych populacji komórek, wzorców ekspresji genów oraz szlaków molekularnych leżących u podstaw podatności na płytki12,13. Pomimo tych osiągnięć, istnieje niewielka wiedza na temat procesów regulacyjnych, interakcji oraz funkcjonalnego znaczenia różnych typów komórek związanych z rozwojem miażdżycy14.
Gdy obciążenie miażdżycą jest silne i rozlane, chirurgiczna rewaskularyzacja staje się ostateczną strategią leczenia. Endarterektomia wieńcowa (CE) to chirurgiczne uzupełnienie operacji przeszczepu pomostowania tętnic wieńcowych (CABG), podczas której mechanicznie usuwa się płytkę miażdżycową z rozlanie chorych tętnic wieńcowych, aby umożliwić przeszczep pomostowy i osiągnąć całkowitą rewaskularizację mięśnia sercowego15,16. Płytki miażdżyce i preparaty endarterektomii są szczególnie trudne do obróbki, ponieważ zawierają obfite ilości tkanki martwiczej, osadów lipidowych, fibryny i zwapnienia. Gdy te tkanki są rozkładane do analizy, generują one znaczne ilości zanieczyszczeń, które zatykają filtry i układy mikrofluidyczne, co czyni izolację żywotnych pojedynczych komórek niezwykle trudną17,18. W rzeczywistości jedno z badań na płytkach szyjnym wykazało, że żywotne komórki stanowiły mniej niż 1% wszystkich cząstek po przetworzeniu tkankowym; reszta to były po prostu szczątkipłaskowe 18.
Dodatkowo trudność pogłębia fakt, że płytki miażdżycowe znajdują się w stanie przewlekłego stresu metabolicznego i oksydacyjnego, gdzie komórki podlegające apoptozie, starzeniu i innym procesom zwyrodnieniowym sprawiają, że błony komórkowe stają się coraz bardziej delikatne i podatne na uszkodzenia, co czyni izolację żywotnych pojedynczych komórek niezwykle trudną 18,19,20. Mechaniczne i enzymatyczne trawienie potrzebne do przygotowania próbek do scRNA-seq często uszkadza te już uszkodzone komórki, co dodatkowo obniża żywotność i prowadzi do niskiego tempa wychwytywania komórek. Proces ten również prowadzi do selektywnej utraty populacji komórek delikatnych lub rzadkich, co wprowadza istotne uprzedzenia zarówno w danych transkryptomicznych, jak i w typach komórek reprezentowanych w końcowych wynikach. Problem ten staje się jeszcze bardziej widoczny w przypadku zwapnionych lub mocno chorych blaszek, gdzie surowe warunki przetwarzania potrzebne do rozkładu tkanki powodują dodatkowe uszkodzenia żywotności komórek 18,21,22.
Dla kontrastu, jądro pozostaje strukturalnie nienaruszone nawet w tych niekorzystnych warunkach23. Wynika to głównie z otoczki jądrowej, podwójnej lipidowej dwuwarstwy wzmocnionej przez laminy jądrowe (lamin A/C i Lamin B), które zapewniają mechaniczną sztywność i odporność na obciążenia osmotyczne, enzymatyczne i fizyczne, które łatwo zakłócają błonę plazmatyczną 24,25. Błonka jądrowa zachowuje także morfologię jądrową nawet wtedy, gdy otaczająca cytoplazma jest poważnie uszkodzona26. To sprawia, że sekwencjonowanie RNA pojedynczego jądra (snRNA-seq) jest bardziej praktyczną i niezawodną alternatywą dla sekwencjonowania RNA jednokomórkowego (scRNA-seq) do profilowania tkanki miażdżycowej27. Poprzez przechwytywanie informacji transkrypcyjnej z nienaruszonych jąder zamiast całych komórek, snRNA-seq omija ograniczenia narzucone przez słabą żywotność komórek i wysoką zawartość zanieczyszczeń, umożliwiając dokładniejsze i kompleksowe profilowanie transkryptomiczne mikrośrodowiska płytki18.
Dlatego w niniejszym badaniu przedstawiamy zoptymalizowany protokół izolacji jąder opracowany specjalnie dla tkanki endarterektomii wieńcowej, wykorzystujący lizę na bazie niejonowego detergentu oraz empirycznie skorygowany czas trwania lizy w zależności od stopnia zwapnienia tkanek, aby konsekwentnie uzyskać wysokiej jakości jądra o zachowanej integralności strukturalnej i RNA, odpowiednią do dalszej analizy snRNA-seq.