Organoids regenerate human bile ducts Bile ducts carry bile from the liver and gall bladder to the small intestine, where it aids digestion. Cholangiocytes are epithelial cells that line bile ducts and modify bile as its transported through the biliary tree. Chronic liver diseases involving cholangiocytes account for a large fraction of liver failure and the need for liver transplantation. Because liver donors are in short supply, Sampaziotis et al. used organoid technology to develop a cell-based therapy using human tissue (see the Perspective by Kurial and Willenbring). Cholangiocyte organoids were transplanted into the intrahepatic ducts of deceased human donor livers undergoing ex vivo normothermic perfusion. The livers could be maintained for up to 100 hours, and the transplanted organoids engrafted, exhibited function, and could repair bile ducts. Science , this issue p. 839 ; see also p. 786

The liver has been studied extensively due to the broad number of diseases affecting its vital functions. However, therapeutic advances, especially in regenerative medicine, are currently hampered by the lack of knowledge concerning human hepatic cell development. Here, we addressed this limitation by describing the developmental trajectories of different cell types comprising the human fetal liver at single-cell resolution. These transcriptomic analyses revealed that sequential cell-to-cell interactions direct functional maturation of hepatocytes, with non-parenchymal cells playing critical, supportive roles during organogenesis. We utilised this information to derive bipotential hepatoblast organoids and then exploited this novel model system to validate the importance of key signalling pathways and developmental cues. Furthermore, these insights into hepatic maturation enabled the identification of stage-specific transcription factors to improve the functionality of hepatocyte-like cells generated from human pluripotent stem cells. Thus, our study establishes a new platform to investigate the basic mechanisms of human liver development and to produce cell types for clinical applications.

ABSTRACT Background and aims Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is a major health care challenge and new therapies are urgently needed. However, the mechanisms underlying disease remain to be understood. Indeed, studying NAFLD remains challenging due to the lack of model systems recapitulating the different aspects of the human pathology. Human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) offer a unique opportunity to address this limitation since they can be differentiated into large quantity of liver cells. Here, we took advantage of hiPSCs to develop a multi-cellular platform mimicking the complex interplays involved in NAFLD progression. Methods hiPSCs-derived hepatocyte like cells (HLCs), cholangiocytes, stellate cells, and macrophages were co-cultured in a collagen-based 3D system to reproduce the liver microenvironment. Fatty acid treatments led to a NAFLD phenotype involving cell-cell interactions which were investigated by transcriptomic and functional analyses. Results Hepatic cells were grown up to 4weeks in 3D, retaining key functions and markers. Importantly, co-cultured cells spontaneously reorganised into physiologically relevant connections: HLCs arranged around biliary structures, which established contacts with stellate cells, while macrophages organised around HLCs. Fatty acid treatments induced steatosis and lipotoxicity in HLCs. Furthermore, fat-laden HLCs prompted a non-parenchymal cells response altering tissue architecture. Conclusions Our multicellular platform provides a new approach to model interactions between human hepatic cells during NAFLD progression. Such approach has the potential to investigate the sequential events driving chronic liver diseases, including hepatocellular injury, inflammation and fibrosis. Furthermore, our system provides a unique and urgently needed tool to investigate the molecular mechanisms associated with NAFLD and ultimately to validate new targets for therapeutics development. List of abbreviations COs, cholangiocytes organoids; FFA, free fatty acids; hiPSCs, human induced pluripotent stem cells; HLCs, hepatocyte like cells; HSCs, hepatic stellate cells; M0, hiPSCs-derived macrophages; NAFLD, non-alcoholic fatty liver disease; NPCs, non-parenchymal cells; OA, oleic acid; PA, palmitic acid.

Abstract Production of large quantities of hepatocytes remains a major challenge for a number of clinical applications in the biomedical field. Directed differentiation of human pluripotent stem cells (hPSC) into hepatocyte-like cells (HLCs) provides an advantageous solution and a number of protocols have been developed for this purpose. However, these methods usually follow different steps of liver development in vitro which is time consuming and requires complex culture conditions. In addition, HLCs lack the full repertoire of functionalities characterising primary hepatocytes. Here, we explore the interest of forward programming to generate hepatocytes from hPSCs and to bypass these limitations. This approach relies on the overexpression of 3 hepatocyte nuclear factors ( HNF1A , HNF6 and FOXA3 ) in combination with different nuclear receptors expressed in the adult liver using the OPTi-OX platform. Forward programming allows for the rapid production of hepatocytes (FoP-Heps) with functional characteristics using a simplified process. We also uncovered that the overexpression of nuclear receptors such as RORc can enhance specific functionalities of FoP-Heps thereby validating its role in lipid/glucose metabolism. Together, our results show that forward programming could offer a versatile alternative to direct differentiation for generating hepatocytes in vitro .

Abstract The signalling pathways that maintain primed human pluripotent stem cells (hPSCs) have been well characterised, revealing a critical role for TGFβ/Activin/Nodal signalling. In contrast, the signalling requirements of naïve human pluripotency have not been fully established. Here, we demonstrate that TGFβ signalling is required to maintain naïve hPSCs. The downstream effector proteins – SMAD2/3 – bind common sites in naïve and primed hPSCs, including shared pluripotency genes. In naïve hPSCs, SMAD2/3 additionally bind to active regulatory regions near to naïve pluripotency genes. Inhibiting TGFβ signalling in naïve hPSCs causes the downregulation of SMAD2/3-target genes and pluripotency exit. Single-cell analyses reveal that naïve and primed hPSCs follow different transcriptional trajectories after inhibition of TGFβ signalling. Primed hPSCs differentiate into neuroectoderm cells, whereas naïve hPSCs transition into trophectoderm. These results establish that there is a continuum for TGFβ pathway function in human pluripotency spanning a developmental window from naïve to primed states.