Three-dimensional integrated organ printing (IOP) technology seeks to fabricate tissue constructs that can mimic the structural and functional properties of native tissues. This technology is particularly useful for complex tissues such as those in the musculoskeletal system, which possess regional differences in cell types and mechanical properties. Here, we present the use of our IOP system for the processing and deposition of four different components for the fabrication of a single integrated muscle-tendon unit (MTU) construct. Thermoplastic polyurethane (PU) was co-printed with C2C12 cell-laden hydrogel-based bioink for elasticity and muscle development on one side, while poly(ϵ-caprolactone) (PCL) was co-printed with NIH/3T3 cell-laden hydrogel-based bioink for stiffness and tendon development on the other. The final construct was elastic on the PU-C2C12 muscle side (E = 0.39 ± 0.05 MPa), stiff on the PCL-NIH/3T3 tendon side (E = 46.67 ± 2.67 MPa) and intermediate in the interface region (E = 1.03 ± 0.14 MPa). These constructs exhibited >80% cell viability at 1 and 7 d after printing, as well as initial tissue development and differentiation. This study demonstrates the versatility of the IOP system to create integrated tissue constructs with region-specific biological and mechanical characteristics for MTU engineering.

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) causes the Coronavirus disease 2019 (COVID-19), which was declared a pandemic by the World Health Organization (WHO) in March 2020. The disease has caused more than 5.1 million deaths worldwide. While cells in the respiratory system are frequently the initial target for SARS-CoV-2, clinical studies suggest that COVID-19 can become a multi-organ disease in the most severe cases. Still, the direct affinity of SARS-CoV-2 for cells in other organs such as the kidneys, which are often affected in severe COVID-19, remains poorly understood.In this study, we employed a human induced pluripotent stem (iPS) cell-derived model to investigate the affinity of SARS-CoV-2 for kidney glomerular podocytes. We studied uptake of the live SARS-CoV-2 virus as well as pseudotyped viral particles by human iPS cell derived podocytes using qPCR, western blot, and immunofluorescence. Global gene expression and qPCR analyses revealed that human iPS cell-derived podocytes express many host factor genes (including ACE2, BSG/CD147, PLS3, ACTR3, DOCK7, TMPRSS2, CTSL CD209, and CD33) associated with SARS-CoV-2 binding and viral processing.Infection of podocytes with live SARS-CoV-2 or spike-pseudotyped lentiviral particles revealed viral uptake by the cells at low Multiplicity of Infection (MOI of 0.01) as confirmed by RNA quantification and immunofluorescence studies. Our results also indicate that direct infection of human iPS cell-derived podocytes by SARS-CoV-2 virus can cause cell death and podocyte foot process retraction, a hallmark of podocytopathies and progressive glomerular diseases including collapsing glomerulopathy observed in patients with severe COVID-19 disease. Additionally, antibody blocking experiments identified BSG/CD147 and ACE2 receptors as key mediators of spike binding activity in human iPS cell-derived podocytes.These results show that SARS-CoV-2 can infect kidney glomerular podocytes in vitro . These results also show that the uptake of SARS-CoV-2 by kidney podocytes occurs via multiple binding interactions and partners, which may underlie the high affinity of SARS-CoV-2 for kidney tissues. This stem cell-derived model is potentially useful for kidney-specific antiviral drug screening and mechanistic studies of COVID-19 organotropism.Many patients with COVID19 disease exhibit multiorgan complications, suggesting that SARS-CoV-2 infection can extend beyond the respiratory system. Acute kidney injury is a common COVID-19 complication contributing to increased morbidity and mortality. Still, SARS-Cov-2 affinity for specialized kidney cells remain less clear. By leveraging our protocol for stem cell differentiation, we show that SARS-CoV-2 can directly infect kidney glomerular podocytes by using multiple Spike-binding proteins including ACE2 and BSG/CD147. Our results also indicate that infection by SARS-CoV-2 virus can cause podocyte cell death and foot process effacement, a hallmark of podocytopathies including collapsing glomerulopathy observed in patients with severe COVID-19 disease. This stem cell-derived model is potentially useful for kidney-specific antiviral drug screening and mechanistic studies of COVID-19 organotropism.

Here we describe of an ‘Interrogator’ instrument that uses liquid-handling robotics, a custom software package, and an integrated mobile microscope to enable automated culture, perfusion, medium addition, fluidic linking, sample collection, and in situ microscopic imaging of up to 10 Organ Chips inside a standard tissue culture incubator. The automated Interrogator platform maintained the viability and organ-specific functions of 8 different vascularized, 2-channel, Organ Chips (intestine, liver, kidney, heart, lung, skin, blood-brain barrier (BBB), and brain) for 3 weeks in culture when fluidically coupled through their endothelium-lined vascular channels using a common blood substitute medium. When an inulin tracer was perfused through the multi-organ Human Body-on-Chips (HuBoC) fluidic network, quantitative distributions of this tracer could be accurately predicted using a physiologically-based multi-compartmental reduced order (MCRO) in silico model of the experimental system derived from first principles. This automated culture platform enables non-invasive imaging of cells within human Organ Chips and repeated sampling of both the vascular and interstitial compartments without compromising fluidic coupling, which should facilitate future HuBoc studies and pharmacokinetics (PK) analysis in vitr o.

Here we demonstrate that influenza virus replication, host responses to infection, evolution through mutation or gene reassortment, and clinical efficacy of antiviral drugs can be reconstituted in a human Airway Chip microfluidic culture device. Modeling human-to-human transmission of infection in the continued presence of antiviral drugs on chips led to the emergence of clinically prevalent mutations responsible for amantadine- and oseltamivir-resistance, as well as the discovery of new resistance mutations. Analysis of infection responses resulted in identification of host therapeutic targets and demonstration that existing non-antiviraldrugs may be repurposed to inhibit viral replication and synergize with antiviral therapeutics by targeting the host response to infection rather than the virus itself. This Influenza Chip may represent an alternative preclinical tool for development of new antiviral drugs and vaccines.