Niclosamide, an FDA-approved oral anthelmintic drug, has broad biological activity including anticancer, antibacterial, and antiviral properties. Niclosamide has also been identified as a potent inhibitor of SARS-CoV-2 infection in vitro , generating interest in its use for the treatment or prevention of COVID-19. Unfortunately, there are several potential issues with using niclosamide for COVID-19, including low bioavailability, significant polypharmacology, high cellular toxicity, and unknown efficacy against emerging SARS-CoV-2 variants of concern. In this study, we used high-content imaging-based immunofluorescence assays in two different cell models to assess these limitations and evaluate the potential for using niclosamide as a COVID-19 antiviral. We show that despite promising preliminary reports, the antiviral efficacy of niclosamide overlaps with its cytotoxicity giving it a poor in vitro selectivity index for anti-SARS-CoV-2 inhibition. We also show that niclosamide has significantly variable potency against the different SARS-CoV-2 variants of concern and is most potent against variants with enhanced cell-to-cell spread including B.1.1.7. Finally, we report the activity of 33 niclosamide analogs, several of which have reduced cytotoxicity and increased potency relative to niclosamide. A preliminary structure-activity relationship analysis reveals dependence on a protonophore for antiviral efficacy, which implicates nonspecific endolysosomal neutralization as a dominant mechanism of action. Further single-cell morphological profiling suggests niclosamide also inhibits viral entry and cell-to-cell spread by syncytia. Altogether, our results suggest that niclosamide is not an ideal candidate for the treatment of COVID-19, but that there is potential for developing improved analogs with higher clinical translational potential in the future.There is still an urgent need for effective anti-SARS-CoV-2 therapeutics due to waning vaccine efficacy, the emergence of variants of concern, and limited efficacy of existing antivirals. One potential therapeutic option is niclosamide, an FDA approved anthelmintic compound that has shown promising anti-SARS-CoV-2 activity in cell-based assays. Unfortunately, there are significant barriers for the clinical utility of niclosamide as a COVID-19 therapeutic. Our work emphasizes these limitations by showing that niclosamide has high cytotoxicity at antiviral concentrations, variable potency against variants of concern, and significant polypharmacology as a result of its activity as a nonspecific protonophore. Some of these clinical limitations can be mitigated, however, through structural modifications to the niclosamide scaffold, which we demonstrate through a preliminary structure activity relationship analysis. Overall, we show that niclosamide is not a suitable candidate for the treatment of COVID-19, but that structural analogs with improved drug properties may have higher clinical-translational potential.

Summary European Americans (EA) are more susceptible to esophageal tissue damage and inflammation when exposed to gastric acid and bile acid reflux and have a higher incidence of esophageal adenocarcinoma when compared to African Americans (AA). Population studies have implicated specific genes for these differences; however, the underlying cause for these differences is not well understood. We describe a robust long-term culture system to grow primary human esophagus in vitro , use single cell RNA sequencing to compare primary human biopsies to their in vitro counterparts, identify known and new molecular markers of basal cell types, and demonstrate that in vivo cellular heterogeneity is maintained in vitro . We further developed an ancestrally diverse biobank and a high-content, image based, screening assay to interrogate bile-acid injury response. These results demonstrated that AA esophageal cells responded significantly differently than EA-derived cells, mirroring clinical findings, having important implications for addressing disparities in early drug development pipelines.

ABSTRACT Background and Aims Drug-induced liver injury (DILI), both intrinsic and idiosyncratic, causes frequent morbidity, mortality, clinical trial failures and post-approval withdrawal. This suggests an unmet need for improved in vitro models for DILI risk prediction that can account for diverse host genetics and other clinical factors. In this study, we evaluated the utility of human liver organoids (HLOs) for high-throughput DILI risk prediction and in an organ-on-chip system. Methods HLOs were derived from 3 separate iPSC lines and benchmarked on two platforms for their ability to model in vitro liver function and identify hepatotoxic compounds using biochemical assays for albumin, ALT, and AST, microscopy-based morphological profiling, and single-cell transcriptomics: 1) HLOs dispersed in 384-well formatted plates and exposed to a library of compounds. 2) HLOs adapted to a liver-on-chip system. Results Dispersed HLOs derived from the 3 iPSC lines had similar DILI predictive capacity to intact HLOs in a high-throughput screening format allowing for measurable IC50 values of compound cytotoxicity. Distinct morphological differences were observed in cells treated with drugs exerting differing mechanisms of toxicity. On-chip HLOs significantly increased albumin production, CYP450 expression, and ALT/AST release when treated with known DILI drugs compared to dispersed HLOs and primary human hepatocytes. On-chip HLOs were able to predict the synergistic hepatotoxicity of tenofovir-inarigivir and showed steatosis and mitochondrial perturbation via phenotypic and transcriptomic analysis with exposure to FIAU and acetaminophen, respectively. Conclusions The high throughput and liver-on-chip system exhibit enhanced in vivo -like function and demonstrate the potential utility of these platforms for hepatotoxicity risk assessment. Tenofovir-inarigivr associated hepatotoxicity was observed and correlates with the clinical manifestation of DILI observed in patients. LAY SUMMARY Idiosyncratic (spontaneous, patient-specific) drug-induced liver injury (DILI) is difficult to study due to the lack of liver models that function as human liver tissue and are adaptable for large-scale drug screening. Human liver organoids grown from patient stem cells respond to known DILI-causing drugs in both a high-throughput and on a physiological “chip” culture system. These platforms show promise in their use as predictive model for novel drugs before entering clinical trials.

Objective: Drug-induced liver injury (DILI) is a major failure mode in pharmaceutical development. This study aims to address the limitations of existing preclinical models by introducing a high-throughput, microfluidic liver-on-a-chip system, termed as "Curio Barrier Liver Chips," seeded with human liver organoids to enable metabolic and phenotypic morphologic characterization. Methods: Curio Barrier liver chips, fabricated in an 8x2 well configuration, were utilized to establish 3D liver organoid cultures. Human-induced pluripotent stem cells (iPSCs) were differentiated into hepatic-like organoids (HLOs), and their viability, liver-specific functions, and pharmacological responses were assessed over 28 days. Results: The Curiochips successfully maintained liver physiology and function, showing strong albumin secretion and cytochrome P450 (CYP) activities through 28 days. Unlike traditional models requiring millimolar drug concentrations to detect hepatotoxicity, this platform showed increased sensitivity for APAP and FIAU at micromolar concentrations. In situ differentiation of foregut spheroids to liver organoids was also achieved, further simplifying the establishment of liver chips. Furthermore, the chips demonstrated viability, function and DILI responsiveness for 28 days making this an improved model for studying idiosyncratic DILI with prolonged drug exposure and high-throughput capabilities compared to other available systems or primary human hepatocytes. Conclusions: The Curiochips offer an advanced, miniaturized in vitro model for early-stage drug development and a sensitive, responsive and cost-effective means to detect direct hepatotoxicity. The high-throughput capability, coupled with robust functionality and pharmacological responses make it a promising tool for improving the prediction and understanding of DILI mechanisms in general and those that required prolonged drug exposure. The model also opens new avenues for research in other chronic liver diseases. Keywords: Drug-induced liver injury, hepatotoxicity, microfluidic liver chips, microphysiologic liver model, high-throughput screening, iPSC-derived hepatic-like organoids, chronic DILI model, Curiochips.

ABSTRACT The global spread of the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), and the associated disease COVID-19, requires therapeutic interventions that can be rapidly identified and translated to clinical care. Traditional drug discovery methods have a >90% failure rate and can take 10-15 years from target identification to clinical use. In contrast, drug repurposing can significantly accelerate translation. We developed a quantitative high-throughput screen to identify efficacious agents against SARS-CoV-2. From a library of 1,425 FDA-approved compounds and clinical candidates, we identified 17 dose-responsive compounds with in vitro antiviral efficacy in human liver Huh7 cells and confirmed antiviral efficacy in human colon carcinoma Caco-2, human prostate adenocarcinoma LNCaP, and in a physiologic relevant model of alveolar epithelial type 2 cells (iAEC2s). Additionally, we found that inhibitors of the Ras/Raf/MEK/ERK signaling pathway exacerbate SARS-CoV-2 infection in vitro. Notably, we discovered that lactoferrin, a glycoprotein classically found in secretory fluids, including mammalian milk, inhibits SARS-CoV-2 infection in the nanomolar range in all cell models with multiple modes of action, including blockage of virus attachment to cellular heparan sulfate and enhancement of interferon responses. Given its safety profile, lactoferrin is a readily translatable therapeutic option for the management of COVID-19. IMPORTANCE Since its emergence in China in December 2019, SARS-CoV-2 has caused a global pandemic. Repurposing of FDA-approved drugs is a promising strategy for identifying rapidly deployable treatments for COVID-19. Herein, we developed a pipeline for quantitative high-throughput image-based screening of SARS-CoV-2 infection in human cells that led to the identification of several FDA-approved drugs and clinical candidates with in vitro antiviral activity.

Abstract Alveolar type 2 (AT2) cells function as stem cells in the adult lung and aid in repair after injury. The current study aimed to understand the signaling events that control differentiation of this therapeutically relevant cell type during human development. Using lung explant and organoid models, we identified opposing effects of TGFβ- and BMP-signaling, where inhibition of TGFβ- and activation of BMP-signaling in the context of high WNT- and FGF-signaling efficiently differentiated early lung progenitors into AT2-like cells in vitro . AT2-like cells differentiated in this manner exhibit surfactant processing and secretion capabilities, and long-term commitment to a mature AT2 phenotype when expanded in media optimized for primary AT2 culture. Comparing AT2-like cells differentiated with TGFβ-inhibition and BMP-activation to alternative differentiation approaches revealed improved specificity to the AT2 lineage and reduced off-target cell types. These findings reveal opposing roles for TGFβ- and BMP-signaling in AT2 differentiation and provide a new strategy to generate a therapeutically relevant cell type in vitro .