Abstract Organoids are emerging in vitro models of human physiology. Neural models require the evaluation of functional activity of single cells and networks, which is best measured by microelectrode arrays. The characteristics of organoids clash with existing in vitro or in vivo microelectrode arrays. With inspiration from implantable mesh electronics and growth of organoids on polymer scaffolds, we fabricated suspended hammock-like mesh microelectrode arrays for neural organoids. We have demonstrated the growth of organoids enveloping these meshes and the culture of organoids on meshes for up to one year. Furthermore, we present proof-of-principle recordings of spontaneous electrical activity across the volume of an organoid. Our concept enables a new class of microelectrode arrays for in vitro models of three-dimensional electrically active tissue.

Abstract The transcription factor Oct4 is essential for maintaining stem cell pluripotency and for efficient cell reprogramming, but its functional roles are far from being understood. Here, we investigate the functions of Oct4 by rapidly depleting Oct4 from mouse embryonic stem cells and conducting a time-resolved multiomics analysis. Oct4 depletion leads to an immediate loss of its binding to putative enhancers that are accessible in chromatin. Loss of Oct4 is accompanied by a concomitant decrease in mRNA synthesis from putative target genes that are part of the transcriptional network that maintains pluripotency. Oct4 binding to enhancers does not correlate with chromatin accessibility, whereas Sox2 can apparently retain accessibility after Oct4 depletion even in the absence of eRNA synthesis. These results are consistent with the model that Sox2 primarily acts as a pioneer factor that renders enhancers accessible, whereas Oct4 acts primarily as a transcriptional activator that stimulates transcription of pluripotency enhancers and their target genes.

During the first lineage segregation, mammalian embryos generate the inner cell mass (ICM) and trophectoderm (TE). ICM gives rise to the epiblast (EPI) that forms all cell types of the body, an ability referred to as pluripotency. The molecular mechanisms that induce pluripotency in embryos remain incompletely elucidated. Using knockout (KO) mouse models in conjunction with low-input ATAC-seq and RNA-seq, we found that Oct4 and Sox2 are globally dispensable in morulae. Oct4 and Sox2 come into play in the early ICM, coinciding with the initiation of Sox2 expression, and they directly activate the pluripotency-related genes and the corresponding OCT-SOX enhancers. Sox2 KO failed to activate the ICM-specific pluripotency-related genes while overexpression of Sox2 prematurely upregulated these genes in morulae, suggesting that Sox2 acts as a limiting factor for inducing the pluripotent network. Our study provides new insights into this critical process of mouse preimplantation development at molecular levels.