Retinal organoids generated from human pluripotent stem cells exhibit considerable variability in temporal dynamics of differentiation. To assess the maturity of neural retina in vitro, we performed transcriptome analyses of developing organoids from human embryonic and induced pluripotent stem cell lines. We show that the developmental variability in organoids was reflected in gene expression profiles and could be evaluated by molecular staging with the human fetal and adult retinal transcriptome data. We also demonstrated that addition of 9-cis retinal, instead of widely-used all-trans retinoic acid, accelerated rod photoreceptor differentiation in organoid cultures, with higher rhodopsin expression and more mature mitochondrial morphology evident by day 120. Our studies thus provide an objective transcriptome-based modality for determining the differentiation state of retinal organoids, which should facilitate disease modeling and evaluation of therapies in vitro.

Abstract Increasing brown adipose tissue (BAT) mass and activation has been proposed as a potential therapeutic strategy to treat obesity and associated cardiometabolic complications. Given that obese and diabetic patients possess low amounts of BAT, an efficient way to expand their BAT mass would be necessary if BAT is to be useful. Currently, there is limited knowledge about how human BAT develops, differentiates, and is optimally activated. Moreover, to have access to human BAT is challenging, given its low volume and being anatomically dispersed. These constrain makes detailed mechanistic studies related to BAT development and function in humans virtually impossible. To overcome these limitations, we have developed a human-relevant new protocol for the differentiation of human pluripotent stem cells (hPSCs) into brown adipocytes (BAs). Unique to this protocol is that it is chemically-defined to recapitulate a physiological step-by-step developmental path of BAT that captures transient paraxial mesoderm and BAT progenitor states, on its way to reaching the adipocyte stage finally. These hPSC-derived BAs express brown adipocyte and thermogenic markers, are insulin sensitive, and respond to β-adrenergic stimuli. This new protocol is a scalable tool to study human BAs during development.