Aqui descrevemos um protocolo de digestão celular em duas etapas para o preparo de uma suspensão unicelular de artérias carótidas de camundongos.
Artigo de método
Aqui descrevemos um protocolo de digestão celular em duas etapas para o preparo de uma suspensão unicelular de artérias carótidas de camundongos.
As artérias carótidas são os principais vasos sanguíneos do pescoço que fornecem sangue e oxigênio ao cérebro, mas a estenose carotídea ocorre quando as artérias carótidas são obstruídas por placas. Revelar a composição celular da artéria carótida em nível unicelular é essencial para o tratamento da aterosclerose carotídea. No entanto, não há um protocolo pronto para o uso para a preparação de suspensões unicelulares das artérias carótidas. Para obter um protocolo adequado para a dissociação das artérias carótidas normais em nível unicelular com menor dano às células, projetamos um método de digestão em duas etapas, integrando o processo de digestão da colagenase/DNase e tripsina. A contagem de dupla fluorescência de laranja de acridina/iodeto de propídio (AO/PI) foi usada para detectar a viabilidade e concentração celular, e verificou-se que a suspensão unicelular satisfez os requisitos para sequenciamento unicelular, com viabilidade de células acima de 85% e alta concentração celular. Após o processamento de dados de célula única, uma mediana de ~2500 transcritos por célula foi detectada em cada célula da artéria carótida. Notavelmente, uma variedade de tipos celulares da artéria carótida normal, incluindo células musculares lisas vasculares (CMLVs), fibroblastos, células endoteliais (CEs) e macrófagos e células dendríticas (Mφ/DCs), foram detectadas simultaneamente. Este protocolo pode ser aplicado para preparar uma suspensão unicelular de vasos sanguíneos de outros tecidos com modificações apropriadas.
A aterosclerose é uma doença inflamatória crônica associada a fatores de risco como hipertensão arterial, hiperlipidemia ehemodinâmica1. As bifurcações da artéria carótida são propensas a alterações hemodinâmicas e levam à formação de placas carotídeas. A apresentação clínica da aterosclerose carotídea pode ser aguda, como acidente vascular cerebral e isquemia cerebral transitória, ou crônica, como isquemia cerebral transitória recorrente e demênciavascular2. Mecanicamente, a placa carotídea é o resultado da interação entre diferentes células da parede do vaso e várias células sanguíneas em condições patológicas. Portanto, revelar o atlas unicelular dos vasos carotídeos em condições fisiológicas e patológicas é particularmente importante para prevenir e tratar o desenvolvimento da placa carotídea.
O sequenciamento de RNA unicelular é uma das mais poderosas tecnologias de pesquisa biológica devido à sua resolução ultra-alta e detecção de heterogeneidade celular a partir de um mesmo tipo celular de organismos 3,4. Pesquisadores têm usado o sequenciamento de RNA de célula única para conduzir pesquisas em muitos campos, como doenças cardiovasculares5 e câncer6. No entanto, separar os tecidos em células isoladas de forma rápida e precisa ainda é um dos principais desafios. A dissociação enzimática é um método comumente usado que inclui predominantemente colagenase, papaína, tripsina, DNase e hialuronidase. Especificamente, as colagenases são as principais espécies enzimáticas para digestão unicelular, principalmente hidrolisando componentes do colágeno em tecidos conjuntivos. Diferentes tipos de colagenases são aplicáveis para a dissociação de diferentes tecidos, como glândulamamária7, glomérulo8, ângulo iridocorneano9, articulação do joelho 10, aorta11 e pulmão 12. Devido às propriedades fisiológicas únicas de diferentes tecidos, a dissociação usando o mesmo método pode causar muitos problemas na aquisição de células únicas, como baixa viabilidade celular, baixo número de células e grandes debris celulares. Portanto, a invenção de métodos de digestão para diferentes tecidos é essencial para a preparação de suspensões unicelulares de alta qualidade.
Este protocolo visa desenvolver um método de digestão celular em duas etapas para preparar uma suspensão unicelular da artéria carótida de camundongos selvagens. De acordo com as características da artéria carótida, combinamos colagenase/DNase com tripsina para obter uma suspensão unicelular de alta qualidade da artéria carótida de camundongo, pois a colagenase pode hidrolisar o colágeno dos tecidos carotídeos, que foi posteriormente digerido pela tripsina em uma suspensão unicelular. A contagem de dupla fluorescência de laranja de acridina/iodeto de propídio (AO/PI) foi usada para detectar a viabilidade e concentração celular, e verificou-se que a suspensão unicelular satisfez os requisitos para sequenciamento unicelular, com viabilidade de células acima de 85% e alta concentração celular. Após processamento de dados de célula única, quatro tipos celulares, incluindo células musculares lisas vasculares (CMLVs), fibroblastos, células endoteliais (CEs) e macrófagos e células dendríticas (Mφ/DCs), foram identificados em artérias carótidas normais de camundongos após a digestão. As vantagens desse protocolo são que: 1) múltiplos tipos celulares na artéria carótida podem ser identificados, 2) a viabilidade celular está bem preservada e 3) pode ser facilmente repetida sem equipamento especial. Este protocolo é adequado para pesquisadores interessados em estudar a multiômica unicelular das artérias carótidas de camundongos. Este protocolo também pode ser útil na dissociação de outros vasos sanguíneos com modificações apropriadas.
Todos os procedimentos com animais descritos abaixo foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da Universidade Soochow.
1. Preparação de reagentes e materiais
2. Preparação do equipamento
3. Isolamento da artéria carótida de camundongos
4. Digestão da artéria carótida em suspensão unicelular
5. Exame de suspensão celular e sequenciamento de RNA de célula única
Este protocolo descreve um método de digestão celular em duas etapas para o preparo de uma suspensão unicelular das artérias carótidas de camundongos (Figura 1). Este método de digestão celular em duas etapas combina colagenase/DNase com tripsina para dissociar efetivamente a parede vascular carotídea de camundongos para obter suspensões unicelulares de alta qualidade para sequenciamento de célula única. Após a dissociação, a concentração e a viabilidade celular foram calculadas por um contador automático de células. O campo luminoso mostrou a morfologia das células vasculares carotídeas após a digestão, e a coloração de dupla fluorescência AOPI detectou simultaneamente viabilidade celular (Figura 2A,B). Notavelmente, em comparação com o uso isolado do reagente de dissociação A, o tecido da artéria carótida pode ser dissociado mais completamente quando combinado com o reagente de dissociação B. Encontramos ainda uma contagem de células viáveis de nove artérias, e o diâmetro celular médio satisfez os requisitos de sequenciamento unicelular após digestão celular em duas etapas (Figura 2C). Enquanto isso, um total de 176.000 células únicas foi coletado de nove carótidas esquerdas, e a maioria dos vasos vasculares foi dissociada em células únicas com alta viabilidade (Figura 2C).
Após alinhamento, filtragem, contagem de código de barras e contagem UMI, os dados brutos de sequenciamento unicelular foram analisados com o pacote R Seurat. A distribuição dos genes por célula, UMI por célula e leituras mitocondriais por célula são mostradas em gráficos de violino (Figura 3A-C). Notavelmente, uma mediana de ~2500 transcritos por célula foi detectada em cada célula da artéria carótida. Após a remoção das células de baixa qualidade, 14.580 células foram detectadas e usadas para análise de RNA-seq de célula única a jusante. Usando 2000 genes variáveis com perfis semelhantes, o agrupamento não supervisionado baseado em Seurat mostrou quatro tipos celulares principais, incluindo CMLVs (74,0%), fibroblastos (16,5%), CE (6,5%) e Mφ/DCs (3,0%), em artérias carótidas normais de camundongos após a digestão (Figura 3D-F).

Figura 1: Diagrama esquemático da digestão da artéria carótida de camundongos. Após o isolamento e corte da artéria carótida de camundongos, 500 μL do reagente de dissociação A foram adicionados para dissociar a artéria carótida de camundongos. Quando a suspensão celular foi filtrada e centrifugada, 200 μL do reagente de dissociação B foram adicionados para posterior dissociação para obter uma suspensão de célula única. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Preparação da suspensão unicelular da artéria carótida de camundongo. (A) A morfologia celular e a viabilidade celular das células da artéria carótida após 1 h de digestão com o reagente de dissociação A são mostradas na visão de campo brilhante e na coloração AOPI. As células nucleadas coradas com fluorescência verde são células vivas, enquanto aquelas coradas com fluorescência vermelha são células mortas. Barra de escala = 100 μm. (B) A morfologia celular e a viabilidade celular das células da artéria carótida após digestão celular em duas etapas são mostradas na visão de campo claro e na coloração AOPI. As células nucleadas coradas com fluorescência verde são células vivas, enquanto aquelas coradas com fluorescência vermelha são células mortas. Barra de escala = 100 μm. (C) A viabilidade celular, a contagem total de células, a contagem de células viáveis e o diâmetro celular médio foram medidos após digestão celular em duas etapas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Métricas de controle de qualidade padrão (QC) para scRNA-seq e a paisagem celular da artéria carótida . (A) Gráficos de violino mostrando a distribuição de genes por célula (nFeature RNA), (B) UMI por célula (nCount_RNA) e (C) leituras mitocondriais por célula (porcentagem mt) para os dados scRNA-seq. (D) Gráfico de aproximação e projeção de variedades uniformes (UMAP) mostrando os quatro tipos celulares identificados da artéria carótida. (E) Gráfico de pontos mostrando os marcadores que definem cada tipo de cluster de células no painel D. O tamanho de cada círculo denota a proporção de células dentro do grupo que expressa cada transcrito. Os pontos azuis indicam genes altamente expressos e os pontos cinzas indicam genes com baixa expressão. (F) Gráfico de barras empilhadas exibindo a abundância relativa dos quatro tipos celulares detectados por scRNA-seq de camundongos selvagens (WT). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Aqui nós fornecemos um protocolo detalhado para a preparação de uma suspensão unicelular de alta qualidade da artéria carótida de camundongos selvagens, no qual um método de digestão em duas etapas integrando o processo de digestão de colagenase/DNase e tripsina foi construído. Após a verificação de qualidade da suspensão de célula única, verificamos que ela satisfazia os requisitos para sequenciamento de célula única, com viabilidade de células acima de 85% e alta concentração celular. Além disso, uma variedade de tipos celulares na artéria carótida, incluindo CMLVs, fibroblastos, CE e Mφ/DCs, foram detectadas com sucesso após processamento de dados de célula única.
Os métodos atuais de preparo de suspensões unicelulares carotídeas ainda são escassos. Depuydt e col. obtiveram uma suspensão unicelular de placas carotídeas humanas combinando colagenase, DNase, Albumina Humana Fração V e Flavopiridol a 37 °C por 30 min15. Após a classificação celular ativada por fluorescência, eles identificaram 14 populações celulares distintas, incluindo células endoteliais, células musculares lisas, mastócitos, células B, células mieloides e célulasT15. Além disso, os pesquisadores digeriram artérias carótidas comuns de ratos usando 0,25% de tripsina-EDTA e 0,1% de colagenase a 37 °C e realizaram com sucesso o sequenciamento de RNA de célula única16. Cinco tipos celulares, incluindo CMLVs, fibroblastos, CE, células transicionais e macrófagos, foram identificados em artérias carótidas normais e experimentais16. Além disso, um protocolo para a obtenção de preparações unicelulares enriquecidas com CE da artéria carótida também foi estabelecido17. Após completar a digestão enzimática luminal, o flushing carotídeo obterá pastilhas unicelulares suficientes para scRNAseq e scATACseq17. Para controlar de forma flexível o tempo de digestão, desenvolvemos um método de digestão em duas etapas para as artérias carótidas de camundongos, separando as etapas de dissociação tecidual e preparação da suspensão unicelular. O processo inicia-se com 125 CDU/mL de colagenase II e 60 U/mL de DNase I por 1 h, seguido de tripsina livre de EDTA por 5 min. Significativamente, podemos modificar adequadamente qualquer etapa do método para a digestão de outros tecidos dos vasos sanguíneos com base nas características dos vasos sanguíneos.
Existem algumas limitações do método descrito. Primeiro, não sabemos se este método pode ser usado para cultura primária de células in vitro. Como a parede da artéria carótida é mais fina e tem menos células, como cultivar e expandir in vitro é um desafio. Em segundo lugar, ao contrário de outros métodos de digestão, este protocolo requer pipetagem suave para dissociar as células durante a digestão. Um banho de água agitada também pode resultar em uma suspensão de célula única de boa qualidade. Em terceiro lugar, uma vez que nosso método é aplicável às artérias carótidas normais, ainda precisa ser estudado se ele é adequado para a digestão da placa carotídea.
Em conclusão, projetamos um método de digestão em duas etapas para obter uma suspensão unicelular de alta qualidade da artéria carótida de camundongos selvagens. Este protocolo pode ser usado para preparar suspensões unicelulares para outros vasos com pequenas modificações, tornando-o muito útil na pesquisa cardiovascular.
Os autores não têm conflitos de interesse a declarar.
Este trabalho foi apoiado por bolsas da Natural Science Foundation of China (82070450 para C.T. e 82170466 para L.Z.) e pela bolsa da China Postdoctoral Science Foundation (7121102223 para F.L.).
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Tripsina sem EDTA a 0,25% | Beyotime | C0205 | Dilua 1 mL de tripsina sem EDTA a 0,25% em 1 mL de 1x PBS. |
| Solução salina de NaCl a 0,9% | Beyotime | ST341 | Dilua a solução de heparina sódica em uma concentração final de 10 mg/mL |
| Seringas de 1 mL | SKJYLEAN | sk-r009 | Para realizar perfusão cardíaca |
| 1,5 mL tubos de centrífuga | KIRGEN | KG2211W | Para centrifugar o pedaço de tecido e suspensão celular |
| Seringas de 20 mL | SKJYLEAN | sk-r013 | Para realizar perfusão cardíaca |
| 40 µ filtro de células m | JETBIOFIL | css010040 | Para filtrar fragmentos de tecido não digerido |
| Kit AO/PI | Hengrui Biological | RE010212 | Para identificar se a célula está viva ou morta |
| Contador celular automatizado | Countstar | Mira FL | Para analisar a morfologia celular e a viabilidade celular das células vasculares carótidas digeridas |
| Software Cell Ranger | 10&vezes; Genômica | 3.0.2 | Para processar a saída de RNA-seq de célula única de cromo e realizar agrupamento e análise de expressão gênica |
| Chromium Single Cell 3'Reagent Kits v3 | 10× Genômica | 1000075 | Para preparar bibliotecas de RNA-seq de célula única de suspensão de célula única |
| Collagenase II | Sigma-Aldrich | C6885 | Diluir com HBSS até uma concentração final de 125 CDU/mL |
| Desoxirribonuclease I | Worthington | LS002140 | Diluir com HBSS até uma concentração final de 60 U/mL Soro |
| fetal bovino; | HyClone | SH30088.03 | Término da reação de digestão |
| salina balanceada de Hank | Gibco | 14175095 | Armazenar na temperatura ambiente |
| Sal de sódio heparina | Solarbio Life Science | H8060 | Diluir com 0,9% de NaCl até uma concentração final de 10 mg/mL |
| Microcentrífuga | Thermo Fisher Scientific | 75002560 | Aplicado para girar os tecidos e pellets celulares |
| NovaSeq 6000 | Sequenciador Illumina | N/A | |
| Solução salina tamponada com fosfato | Solarbio Life Science | P1000 | Usado para perfusão cardíaca e ressuspensão de células |
| Pacote Seurat - R | Satija Lab | 3.1.2 | Para realizar a redução da dimensionalidade, visualização e análise de dados de sequenciamento de scRNA |
| Placas de cultura de células de seis poços | NEST | 703002 | Coloque o tecido vascular |
| Banho-maria | Jinghong | DK-S22 | Mantenha a temperatura de digestão em 37 graus; O |