Этот протокол предусматривает подробную пошаговую процедуру подготовки высококачественных одноклеточных суспензий из ткани лёгких мышей. Для достижения оптимальных результатов требуется несколько критически важных шагов.
Перед ферментативным пищеварением необходимо провести перфузию всего тела для удаления крови из лёгких. Это гарантирует, что иммунные клетки, обнаруженные scRNA-seq, происходят из ткани лёгких, а не из циркулирующей крови. Во время перфузии необходимо ввести иглу в левый желудочек, чтобы предотвратить попадание перфузата в легочное кровообращение и повреждение клеток лёгких. Для сохранения жизнеспособности клетки все буферы, включая растворы для промывки, ресуспензии и перфузии, должны быть предварительно охлаждены на льду. Учитывая врождённую гетерогенность легкойткани 24, образцы следует хранить в среде DMEM/F12 до и во время пищеварения, так как эта среда обеспечивает необходимые питательные вещества, поддерживающие жизнеспособность клеток.
Высокая жизнеспособность клеток и хорошо определённые клеточные кластеры, наблюдаемые в этом протоколе, подтверждают, что комбинация ферментов является одновременно мягкой и эффективной. Известно, что ионы кальция и магния способствуют скуплению клеток и усиливаютферментативную активность 25,26. Поэтому для подготовки большинства буферов с целью минимизации скупления используется свободный PBS Ca+/Mg+, а DMEM/F12, содержащий эти ионы, служит базальной средой для буфера пищеварения с целью поддержания сбалансированной ферментативной эффективности.
Хотя предыдущие исследования описывали диссоциирующие мышиные лёгкие или ткани опухоли, они часто демонстрируют значительную вариабельность или неполное описание отбора и концентрациипротеаз 11,15,27. Например, Хан и др.11 использовали ферментные коктейли без указания концентрации, что затрудняет репликацию. Напротив, высокоспециализированный метод, описанный Chen и др.28, эффективен для диссоциации клеток альвеолярного типа II (AT2), но требует сложного рабочего процесса, что непрактично при одновременном сборе нескольких мышей.
Критической проблемой в исследованиях онкологии лёгких является структурная гетерогенность легкого, содержащего опухоль, которое состоит как из хрупких нормальных клеток, так и из злокачественных опухоли. Стандартные протоколы или коммерческие наборы часто разрабатываются специально для образцов нормальных тканей или опухолей. Они либо приводят к неполному пищеварению, либо к недостаточному освобождению раковых клеток из опухоли, либо к чрезмерному перевариванию, что вызывает значительный стресс и гибель клеток в более чувствительных нормальных тканях образцов легких с опухолями.
Этот протокол решает эту проблему за счёт тонкой настройки ферментативного коктейля (коллагеназа IV, Диспаза II и ДНКаза I) для достижения сбалансированной диссоциации. Эта оптимизация обеспечивает высвобождение злокачественных клеток при сохранении жизнеспособности нормальных клеток. Это подтверждается анализом потоковой цитометрии, в ходе которого мы успешно идентифицировали и расщепили две отдельные эпителиальные клетки. Эпителиальные клетки хорошо разделены на клетки TdTomato+ или TdTomato- клетки. Такой уровень разрешения демонстрирует, что этот метод подходит для изучения всей микросреды лёгких с опухолями, не жертвуя целостностью ткани хозяина. Включая в анализ все живые отдельные клетки, этот протокол позволяет изучать все релевантные типы клеток в микросреде лёгких, содержащей опухоли, включая макрофагоподобные клетки, ассоциированные с раком (CAML), (рисунок 3), которые ранее не были широко описаныв предыдущих исследованиях 15,16,17.
После переваривания анализ scRNA-seq показал, что эта процедура успешно изолирует различные типы клеток. Ферментные растворы должны быть свежеприготовлены в день эксперимента. Все параметры пищеварения оптимизированы для одного целого мышиного лёгкого. При использовании только одной доли или нескольких лёгких время пищеварения следует корректировать для обеспечения высокой жизнеспособности клеток и полной диссоциации тканей. Загрязнение окружающей среды РНК и образование мультиплетов — два основных фактора, влияющих на качество scRNA-seq29. Хотя наборы для удаления мертвых клеток часто используются для повышения жизнеспособности, этот протокол стабильно даёт более 80% живых клеток после переваривания, что делает этот этап необязательным. График штрих-кодов подтвердил минимальное загрязнение окружающей РНК даже без удаления мёртвых клеток.
Текущее исследование подтверждает эту методологию в контексте всего мышиного лёгкого с опухолями. Это оптимизированное ферментное пищеварение служит шаблоном для изучения различных других тканей, содержащих опухоли, характеризующихся схожими микросредами. Кроме того, высокая жизнеспособность клеток и сохранение всех типов клеток, достигнутые этим протоколом, делают его подходящим для передовых технологий секвенирования, таких как CITE-seq для картирования поверхностных белков и ATAC-seq для эпигенетического профилирования.
Хотя этот протокол обеспечивает высококачественные одиночные суспензии при низкой стоимости, процессуальный клеточный стресс всё же может возникать во время ферментативного пищеварения. Чтобы минимизировать артефакты экспрессии генов, связанных со стрессом, один оператор должен одновременно обрабатывать не более четырёх образцов.