ABSTRACT The opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa causes antibiotic-recalcitrant pneumonia by forming biofilms in the respiratory tract. Despite extensive in vitro experimentation, how P. aeruginosa forms biofilms at the airway mucosa is unresolved. To investigate the process of biofilm formation in realistic conditions, we developed AirGels: 3D, optically-accessible tissue-engineered human lung models that emulate the airway mucosal environment. AirGels recapitulate important factors that mediate host-pathogen interactions including mucus secretion, flow and air-liquid interface, while accommodating high resolution live microscopy. With AirGels, we investigated the contributions of mucus to P. aeruginosa biofilm biogenesis in in vivo -like conditions. We found that P. aeruginosa forms mucus-associated biofilms within hours by contracting luminal mucus early during colonization. Mucus contractions facilitates aggregation, thereby nucleating biofilms. We show that P. aeruginosa actively contracts mucus using retractile filaments called type IV pili. Our results therefore suggest that, while protecting epithelia, mucus constitutes a breeding ground for biofilms.

ABSTRACT Neuronal ceroid lipofuscinosis (NCL), type 6 (CLN6) is a neurodegenerative disorder associated with progressive neurodegeneration leading to dementia, seizures, and retinopathy. CLN6 encodes a resident-ER protein involved in trafficking lysosomal proteins to the Golgi. CLN6p deficiency results in lysosomal dysfunction and deposition of storage material comprised of Nile Red + lipids/proteolipids that include subunit C of the mitochondrial ATP synthase (SUBC). White matter involvement has been recently noted in several CLN6 animal models and several CLN6 subjects had neuroimaging was consistent with leukodystrophy. CLN6 patient-derived induced pluripotent stem cells (IPSCs) were generated from several of these subjects. IPSCs were differentiated into oligodendroglia or neurons using well-established small-molecule protocols. A doxycycline-inducible transgenic system expressing neurogenin-2 (the I3N-system) was also used to generate clonal IPSC-lines (I3N-IPSCs) that could be rapidly differentiated into neurons (I3N-neurons). All CLN6 IPSC-derived neural cell lines developed significant storage material, CLN6-I3N-neuron lines revealed significant Nile Red + and SUBC + storage within three and seven days of neuronal induction, respectively. CLN6-I3N-neurons had decreased tripeptidyl peptidase-1 activity, increased Golgi area, along with increased LAMP1 + in cell bodies and neurites. SUBC + signal co-localized with LAMP1 + signal. Bulk-transcriptomic evaluation of control- and CLN6-I3N-neurons identified >1300 differentially-expressed genes (DEGs) with Gene Ontogeny (GO) Enrichment and Canonical Pathway Analyses having significant changes in lysosomal, axonal, synaptic, and neuronal-apoptotic gene pathways. These findings indicate that CLN6-IPSCs and CLN6-I3N-IPSCs are appropriate cellular models for this disorder. These I3N-neuron models may be particularly valuable for developing therapeutic interventions with high-throughput drug screening assays and/or gene therapy.