Abstract Introduction Organs-on-chips represent novel in vitro models that have the capacity to emulate aspects of human physiology and pathophysiology by incorporating features like tissue-multicellularity and exposure to organ-relevant physical environment. We developed an artery-on-a-chip with the objective to recapitulate the structure of the arterial wall composed of intimal and medial layers and the relevant hemodynamic forces that affect luminal cells. Results By comparing arteries-on-chips exposed either to in vivo -like shear stress values or kept in static conditions, we identified a panel of novel genes modulated by shear stress. We next measured the expression pattern of shear stress-modulated genes in areas of the vascular tree affected by atherosclerotic plaques and aortic aneurysms, where disease development and progression are induced by alterations of shear stress. We obtained biopsies from patients affected by carotid artery disease (CAD), comprising the atherosclerotic plaque (diseased artery) and the adjacent region (non-diseased artery). From patients with abdominal aortic aneurysms (AAA), we obtained the aneurysmal portion (diseased aorta) and non-dilated adjacent segment (non-diseased aorta). Genes modulated by shear stress followed the same expression pattern in non-diseased segments of human vessels and were expressed by endothelial and smooth muscle cells as evidenced by immunofluorescence analysis and single cell RNA sequencing. Using mice and porcine models of vascular CAD and AAA, we confirmed that shear stress mediated targets are important in discriminating diseased and non-diseased vessel portions in vivo . Furthermore, we showed that our artery-on-a-chip can serve as a platform for drug-testing. We were able to reproduce the effects of a therapeutic agent previously used in AAA animal models in artery-on-a-chip systems and extend our understanding of its therapeutic effect through a multicellular structure. Conclusions Our novel in vitro model is capable of mimicking important physiological aspects of human arteries, such as the response to shear stress, and can further shed light on the mechanism of action of potential therapeutics before they enter the clinical stage. Teaser The artery-on-a-chip is a novel in vitro platform that enables the mimicry of human arteries and can be used to gain insights into the development and therapeutic targeting of vascular diseases.

Background: Long noncoding RNAs (lncRNAs) play pivotal roles as molecular regulators in diverse vascular biological processes and diseases. This study utilized multi-transcriptomic profiling to investigate the contribution of lncRNAs in Abdominal Aortic Aneurysm (AAA) disease. Materials & Methods: Utilizing bulk and single-cell RNA sequencing, we identified lncRNA long intergenic non-protein coding RNA, p53 induced transcript (LINC-PINT) as a significantly deregulated transcript in AAA compared to non-dilated aortas. Deconvolution of single-cell and bulk RNA-sequencing via the BayesPrism tool identified plasticity of smooth muscle cells (SMCs) as the predominant shifted condition between dilated vs. non-dilated aortas. Hybridization-based RNA in situ sequencing (HybRISS) confirmed the presence of LINC-PINT in de-differentiating SMCs. Results: Experimental knock-down of LINC-PINT , using site-specific antisense oligonucleotides (LNA-GapmeRs) markedly decreased proliferation rates of cultured human aortic smooth muscle cells (AoSMCs), but also increased their apoptosis, whereas overexpression of LINC-PINT had the opposite effect. Transcriptomic profiling of LINC-PINT -silenced AoSMCs indicated down-regulation of contractility markers, accompanied by an increase of inflammation and extracellular matrix (ECM) degradation. In line with this, LINC-PINT knock-down abolished the transforming growth factor beta (TGF-β)- induced AoSMCs polarization towards a contractile phenotype. Notably, RNA immunoprecipitation (RIP) demonstrated an interaction between LINC-PINT and p65, inhibiting its translocation to the promoter region of inflammatory genes. LINC-PINT knock-down increased p65 binding to its coactivator p50, which was confirmed by Co-immunoprecipitation (CO-IP). Combined in silico prediction and luciferase reporter assays further revealed that LINC-PINT expression was controlled by the ZNF93 and ZNF263 transcription factors. Conclusion: We provide evidence of LINC-PINT being a novel regulator influencing SMC dynamics and fate decisions of central importance to AAA pathophysiology. Currently ongoing in vivo studies in Lncpint -deficient mice explore its relevance in experimental AAA development.

ABSTRACT An abdominal aortic aneurysm (AAA) is a pathological widening of the aortic wall characterized by loss of smooth muscle cells (SMCs), extracellular matrix degradation, and local inflammation. This condition is often asymptomatic until rupture occurs, leading to high morbidity and mortality rates. Diagnosis is often accidental, and for now, the only available treatment option remains surgical intervention. Circular RNAs (circRNAs) are RNA loops that originated from backsplicing, which have received increasing attention as a novel class of functional non-coding RNAs contributing to cardiovascular physiology and disease. Their high structural stability, combined with a remarkable enrichment in body fluids, make circRNAs promising disease biomarkers. We aimed to investigate the contribution of circRNAs to AAA pathogenesis and their potential application as biomarkers for AAA diagnosis. Combined circRNA array and quantitative real-time PCR analysis revealed the presence of differentially expressed circular transcripts stemming from AAA-relevant gene loci . Among these, the circRNA to the Ataxia-telangiectasia mutated gene (c ATM ) was upregulated in human AAA tissue specimens, in AAA patient-derived SMCs, and serum samples collected from aneurysm patients. In control primary aortic SMCs, c ATM increased upon angiotensin II stimulation, while its silencing triggered apoptosis. Furthermore, doxorubicin could induce cATM expression, supporting a link with acute stress response in SMCs. Constitutively higher c ATM expressing AAA patient-derived SMCs were less vulnerable to oxidative stress-induced cell death and survival pathways enriched when compared to control SMCs. Taken together, this data supports the role of cATM in adapting SMCs to oxidative stress in the vascular AAA micromilieu. This molecular signature provides an additional parameter to be included in procedures for AAA screening in combination with already established practices.