The spread of protein aggregates during disease progression is a common theme underlying many neurodegenerative diseases. The microtubule-associated protein tau has a central role in the pathogenesis of several forms of dementia known as tauopathies-including Alzheimer's disease, frontotemporal dementia and chronic traumatic encephalopathy1. Progression of these diseases is characterized by the sequential spread and deposition of protein aggregates in a predictable pattern that correlates with clinical severity2. This observation and complementary experimental studies3,4 have suggested that tau can spread in a prion-like manner, by passing to naive cells in which it templates misfolding and aggregation. However, although the propagation of tau has been extensively studied, the underlying cellular mechanisms remain poorly understood. Here we show that the low-density lipoprotein receptor-related protein 1 (LRP1) controls the endocytosis of tau and its subsequent spread. Knockdown of LRP1 significantly reduced tau uptake in H4 neuroglioma cells and in induced pluripotent stem cell-derived neurons. The interaction between tau and LRP1 is mediated by lysine residues in the microtubule-binding repeat region of tau. Furthermore, downregulation of LRP1 in an in vivo mouse model of tau spread was found to effectively reduce the propagation of tau between neurons. Our results identify LRP1 as a key regulator of tau spread in the brain, and therefore a potential target for the treatment of diseases that involve tau spread and aggregation.

Abstract Human brain organoids replicate much of the cellular diversity and developmental anatomy of the human brain. However, the physiological behavior of neuronal circuits within organoids remains relatively under-explored. With high-density CMOS microelectrode arrays (26,400 electrodes) and shank electrodes (960 electrodes), we probed broadband and three-dimensional extracellular field recordings generated by spontaneous activity of human brain organoids. These recordings simultaneously captured local field potentials (LFPs) and single-unit activity extracted through spike sorting. From spiking activity, we estimated a directed functional connectivity graph of synchronous neural network activity, which showed a large number of weak functional connections enmeshed within a network skeleton of significantly fewer strong connections. Treatment of the organoid with a benzodiazepine induced a reproducible signature response that shortened the inter-burst intervals, increased the uniformity of the firing pattern within each burst and decreased the population of weakly connected edges. Simultaneously examining the spontaneous LFPs and their phase alignment to spiking showed that spike bursts were coherent with theta oscillations in the LFPs. Our results demonstrate that human brain organoids have self-organized neuronal assemblies of sufficient size, cellular orientation, and functional connectivity to co-activate and generate field potentials from their collective transmembrane currents that phase-lock to spiking activity. These results point to the potential of brain organoids for the study of neuropsychiatric diseases, drug mechanisms, and the effects of external stimuli upon neuronal networks.

The COVID-19 pandemic has created massive demand for widespread, distributed tools for detecting SARS-CoV-2 genetic material. The hurdles to scalable testing include reagent and instrument accessibility, availability of highly-trained personnel, and large upfront investment. Here we showcase an orthogonal pipeline we call CREST (Cas13-based, Rugged, Equitable, Scalable Testing) that addresses some of these hurdles. Specifically, CREST pairs commonplace and reliable biochemical methods (PCR) with low-cost instrumentation, without sacrificing detection sensitivity. By taking advantage of simple fluorescence visualizers, CREST allows for a binary interpretation of results. CREST may provide a point-of-care solution to increase the distribution of COVID-19 surveillance.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

The small caliber of central nervous system (CNS) axons makes routine study of axonal physiology relatively difficult. However, while recording extracellular action potentials from neurons cultured on planer multi-electrode arrays (MEAs) we found activity among groups of electrodes consistent with action potential propagation in single neurons. Action potential propagation was evident as widespread, repetitive co-occurrence of extracellular action potentials (eAPs) among groups of electrodes. These eAPs occurred with invariant sequences and inter-electrode latencies that were consistent with reported measures of action potential propagation in unmyelinated axons. Within co-active electrode groups, the inter-electrode eAP latencies were temperature sensitive, as expected for action potential propagation. Our data are consistent with these signals primarily reflecting axonal action potential propagation, from axons with a high density of voltage-gated sodium channels. Repeated co-detection of eAPs by multiple electrodes confirmed these eAPs are from individual neurons and averaging these eAPs revealed sub-threshold events at other electrodes. The sequence of electrodes at which eAPs co-occur uniquely identifies these neurons, allowing us to monitor spiking of single identified neurons within neuronal ensembles. We recorded dynamic changes in single axon physiology such as simultaneous increases and decreases in excitability in different portions of single axonal arbors over several hours. Over several weeks, we measured changes in inter-electrode propagation latencies and ongoing changes in excitability in different regions of single axonal arbors. We recorded action potential propagation signals in human induced pluripotent stem cell-derived neurons which could thus be used to study axonal physiology in human disease models.