Abstract Usher syndrome (USH) is the most common form of monogenic deaf-blindness. Loss of vision is untreatable and, so far, there are no suitable animal models for testing therapeutic strategies. By introducing a human mutation into the harmonin-encoding USH1C gene in pigs, we generated the first translational animal model for USH type 1 with characteristic hearing defect, vestibular dysfunction and visual impairment. Changes in photoreceptor architecture, quantitative motion analysis and electroretinography were characteristics of the reduced retinal virtue in USH1C pigs. Primary cells from those animals and USH1C patients showed significantly elongated primary cilia, compared to wild-type, confirming the nature of USH as a true and general ciliopathy and proving the therapeutic capacity of gene supplementation and gene repair approaches.

Abstract While neurosurgical interventions are frequently used in laboratory mice, refinement efforts to optimize analgesic management based on multimodal approaches appear to be rather limited. Therefore, we compared the efficacy and tolerability of combinations of the non-steroidal anti-inflammatory drug carprofen, a sustained-release formulation of the opioid buprenorphine, and the local anesthetic bupivacaine with carprofen monotherapy. Female and male C57BL/6J mice were subjected to isoflurane anesthesia and an intracranial electrode implant procedure. Given the multidimensional nature of postsurgical pain and distress, various physiological, behavioral, and biochemical parameters were applied for their assessment. The analysis revealed alterations in Neuro scores, home cage locomotion, body weight, nest building, mouse grimace scales, and fecal corticosterone metabolites. A composite measure scheme allowed the allocation of individual mice to severity classes. The comparison between groups failed to indicate the superiority of multimodal regimens over high-dose NSAID monotherapy. In conclusion, our findings confirmed the informative value of various parameters for assessment of pain and distress following neurosurgical procedures in mice. While all drug regimens were well tolerated in control mice, our data suggest that the total drug load should be carefully considered for perioperative management. Future studies would be of interest to assess potential synergies of drug combinations with lower doses of carprofen.

ABSTRACT The spinal cord, nerves, and skeletal muscles arise from neuromesodermal progenitors (NMPs). We have developed a growth-factor screening strategy, utilizing ES and iPS cells, facilitating the indefinite self-renewal of two types of human axial stem cells (AxSCs), closely resembling mouse NMPs (NM-AxSCs) and posterior neural tube progenitors (N-AxSCs). Under specific regimens— Wnt/CHIR99021, FGF2, and TGF-β inhibitor SB431542 (CFS) and excluding FGF2 (CS), respectively—these AxSCs self-renew and sustain telomeres. Single cell transcriptomics and proteomics have revealed expression of posterior growth-zone and dorsoventral neural tube markers in NM-AxSCs, and correspondingly, differentiation to a wide spectrum of neural tube neurons and myocytes. N-AxSCs rapidly matured into dorsal sensory subsets and neural crest. Crucially, neither AxSC type produces teratomas, and analogous mouse NM-AxSCs integrated successfully into the neural tube and somites. Capturing of AxSCs from patient and GMP ES / iPS cells without transgenesis unveils ontogeny and promises modeling and therapy in neuropathies.

Abstract The increasing worldwide prevalence of obesity, fatty liver diseases, as well as the emerging understanding of the importance of lipids in multi-faceted aspects of various other diseases is generating significant interest in lipid research. Lipid visualization in particular can play a critical role in understanding functional relations in lipid metabolism. In this study, we investigate the potential of multispectral optoacoustic tomography (MSOT) as a novel modality to non-invasively visualize lipids in laboratory mice. Using an obesity-induced non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) mouse model, we examined whether MSOT could detect and differentiate different grades of hepatic steatosis and monitor the accumulation of lipids in the liver quantitatively over time, without the use of contrast agents, i.e. in label free mode. Moreover, we demonstrate the efficacy of using the real-time clearance kinetics of indocyanine green (ICG) in the liver as a biomarker to evaluate the organs’ function and assess the severity of NAFLD. This study demonstrates MSOT as an efficient imaging tool for lipid visualization in preclinical studies, particularly for the assessment of NAFLD.

Abstract Large animal models for Duchenne muscular dystrophy (DMD) are crucial for preclinical evaluation of novel diagnostic procedures and treatment strategies. Pigs cloned from male cells lacking DMD exon 52 ( DMD Δ52) resemble molecular, clinical and pathological hallmarks of DMD, but cannot be propagated by breeding due to death before sexual maturity. Therefore, female DMD +/- carriers were generated. A single founder animal had 11 litters with 29 DMD Y/- , 34 DMD +/- as well as 36 male and 29 female wild-type (WT) offspring. Breeding with F1 and F2 DMD +/- carriers resulted in additional 114 DMD Y/- piglets. The majority of them survived for 3-4 months, providing large cohorts for experimental studies. Pathological investigations and proteome studies of skeletal muscles and myocardium confirmed the resemblance of human disease mechanisms. Importantly, DMD Y/- pigs reveal progressive fibrosis of myocardium and increased expression of connexin-43, associated with significantly reduced left ventricular fractional shortening and ejection fraction already at age 3 months. Furthermore, behavioral tests provided evidence for impaired cognitive ability of DMD Y/- pigs. Our breeding cohort of DMD Δ52 pigs and standardized tissue repositories from DMD Y/- pigs, DMD +/- carriers, and WT littermate controls provide important resources for studying DMD disease mechanisms and for testing novel diagnostic procedures and treatment strategies.