Abstract Aims Coronavirus disease 2019 is caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) and has emerged as a global pandemic. SARS-CoV-2 infection can lead to elevated markers of cardiac injury associated with higher risk of mortality. It is unclear whether cardiac injury is caused by direct infection of cardiomyocytes or is mainly secondary to lung injury and inflammation. Here, we investigate whether cardiomyocytes are permissive for SARS-CoV-2 infection. Methods and results Two strains of SARS-CoV-2 infected human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes as demonstrated by detection of intracellular double-stranded viral RNA and viral spike glycoprotein expression. Increasing concentrations of viral RNA are detected in supernatants of infected cardiomyocytes, which induced infections in Caco-2 cell lines, documenting productive infections. SARS-CoV-2 infection and induced cytotoxic and proapoptotic effects associated with it abolished cardiomyocyte beating. RNA sequencing confirmed a transcriptional response to viral infection as demonstrated by the up-regulation of genes associated with pathways related to viral response and interferon signalling, apoptosis, and reactive oxygen stress. SARS-CoV-2 infection and cardiotoxicity was confirmed in a 3D cardiosphere tissue model. Importantly, viral spike protein and viral particles were detected in living human heart slices after infection with SARS-CoV-2. Coronavirus particles were further observed in cardiomyocytes of a patient with coronavirus disease 2019. Infection of induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes was dependent on cathepsins and angiotensin-converting enzyme 2, and was blocked by remdesivir. Conclusion This study demonstrates that SARS-CoV-2 infects cardiomyocytes in vitro in an angiotensin-converting enzyme 2- and cathepsin-dependent manner. SARS-CoV-2 infection of cardiomyocytes is inhibited by the antiviral drug remdesivir.

Background: The coronavirus disease 2019 (COVID-19) is caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) and has emerged as global pandemic. SARS-CoV-2 infection can lead to elevated markers of cardiac injury associated with higher risk of mortality in COVID-19 patients. It is unclear whether cardiac injury may have been caused by direct infection of cardiomyocytes or is mainly secondary to lung injury and inflammation. Here we investigate whether human cardiomyocytes are permissive for SARS-CoV-2 infection. Methods: Infection was induced by two strains of SARS-CoV-2 (FFM1 and FFM2) in human induced pluripotent stem cells-derived cardiomyocytes (hiPS-CM) and in two models of human cardiac tissue. Results: We show that SARS-CoV-2 infects hiPS-CM as demonstrated by detection of intracellular double strand viral RNA and viral spike glycoprotein protein expression. Increasing concentrations of virus RNA are detected in supernatants of infected cardiomyocytes, which induced infections in CaCo-2 cell lines documenting productive infections. SARS-COV-2 infection induced cytotoxic and pro-apoptotic effects and abolished cardiomyocyte beating. RNA sequencing confirmed a transcriptional response to viral infection as demonstrated by the up-regulation of genes associated with pathways related to viral response and interferon signaling, apoptosis and reactive oxygen stress. SARS-CoV-2 infection and cardiotoxicity was confirmed in a iPS-derived human 3D cardiosphere tissue models. Importantly, viral spike protein and viral particles were detected in living human heart slices after infection with SARS-CoV-2. Conclusions: The demonstration that cardiomyocytes are permissive for SARS-CoV-2 infection in vitro warrants the further in depth monitoring of cardiotoxic effects in COVID-19 patients.

SUMMARY Human heart regeneration is one of the most critical unmet clinical needs at a global level 1 . Muscular regeneration is hampered both by the limited renewing capacity of adult cardiomyocytes 2-4 and the onset of cardiac fibrosis 5,6 , resulting in reduced compliance of the tissue. Primate have proven to be ideal models for pluripotent stem cell strategies for heart regeneration, but unravelling specific approaches to drive cell migration to the site of injury and inhibition of subsequent fibrosis have been elusive. Herein, by combining human cardiac progenitor lineage tracing and single-cell transcriptomics in injured non-human primate heart bio-mimics, we uncover the coordinated muscular regeneration of the primate heart via directed migration of human ventricular progenitors to sites of injury, subsequent fibroblast repulsion targeting fibrosis, and ultimate functional replacement of damaged cardiac muscle by differentiation and electromechanical integration. Single-cell RNAseq captured distinct modes of action, uncovering chemoattraction mediated by CXCL12/CXCR4 signalling and fibroblast repulsion regulated by SLIT2/ROBO1 guidance in organizing cytoskeletal dynamics. Moreover, transplantation of human cardiac progenitors into hypo-immunogenic CAG-LEA29Y transgenic porcine hearts following injury proved their chemotactic response and their ability to generate a remuscularized scar without the risk of arrhythmogenesis in vivo . Our study demonstrates that inherent developmental programs within cardiac progenitors are sequentially activated in the context of disease, allowing the cells to sense and counteract injury. As such, they may represent an ideal bio-therapeutic for functional heart rejuvenation.

Abstract Aims No curative treatment is available for RASopathy‐associated childhood‐onset hypertrophic cardiomyopathy (RAS‐CM). Preclinical data and individual reports suggest a beneficial effect of small molecules targeting the RAS–mitogen‐activated protein (MAP) kinase (MAPK) pathway in severely affected RAS‐CM patients. The aim of this study was to evaluate the biophysical effects of trametinib, rapamycin and dasatinib on cultivated myocardial tissue slices of a paediatric RAS‐CM patient using biomimetic cultivation chambers (BMCCs) and to correlate the findings with clinical data. Methods Contracting right ventricular (RV) tissue slices were prepared from resected myocardium, cultivated in BMCCs and treated with distinct molecules directly and indirectly targeting the RAS–MAPK pathway (trametinib, rapamycin and dasatinib) or dimethyl sulfoxide (DMSO). Tissue biophysical properties were assessed using electrical stimulation protocols. Contractile function, force–frequency relationship and post‐pause potentiation were compared before and after treatment. These parameters correlated to L‐type Ca 2+ channel function and sarcoplasmic Ca 2+ loading. Results In vivo, off‐label treatment with MAPK kinase (MEK) inhibitor trametinib of a child with severe RAS‐CM resulted in a modest reduction of RV outflow tract (RVOT) obstruction (RVOT 151 to 122 mmHg after 11 weeks) and improved diastolic function (E/A 0.68 to 1.09 after 11 weeks) and myocardial strain [RV global radial strain (RV‐GRS) 25.94 to 42.76; RV global circumferential strain (RV‐GCS) −15.26 to −18.61; and RV global longitudinal strain (RV‐GLS) −10.31 to −16.78 at 11 weeks], as determined by echocardiography and cardiac magnetic resonance tomography. In cultivated RV myocardial tissue slices, contraction force decreased after addition of trametinib and rapamycin but not after addition of DMSO and dasatinib. Improvement of Ca 2+ handling, as depicted by a more positive force–frequency relationship and enhanced post‐pause potentiation (31.2%), was noted in the trametinib‐treated slice. The increase in post‐pause potentiation was less pronounced in rapamycin‐treated (26%) and absent in dasatinib‐treated (<1%) slices. Conclusions Ex vivo analysis of cultivated and electrically stimulated RV myocardial tissue slices of a patient with RAS‐CM showed decreased contractility and improved sarcoplasmic reticulum function after addition of trametinib and in part after addition of rapamycin, but not after addition of dasatinib.

ABSTRACT Background Complex molecular programs in specific cell lineages govern human heart development. Hypoplastic left heart syndrome (HLHS) is the most common and severe manifestation within the spectrum of left ventricular outflow tract obstruction defects occurring in association with ventricular hypoplasia. The pathogenesis of HLHS is unknown, but hemodynamic disturbances are assumed to play a prominent role. Methods To identify perturbations in gene programs controlling ventricular muscle lineage development in HLHS, we performed: i) whole-exome sequencing of 87 HLHS parent-offspring trios, ii) nuclear transcriptomics of cardiomyocytes from ventricles of 4 patients with HLHS and 15 controls at different stages of heart development, iii) single cell RNA sequencing and iv) 3D modeling in iPSCs from 3 patients with HLHS and 3 controls. Results Gene set enrichment and protein network analyses of damaging de-novo mutations and dysregulated genes from ventricles of patients with HLHS suggested alterations in specific gene programs and cellular processes critical during fetal ventricular cardiogenesis, including cell-cycle and cardiomyocyte maturation. Single-cell and 3D modeling with iPSCs demonstrated intrinsic defects in the cell-cycle/UPR/autophagy hub resulting in disrupted differentiation of early cardiac progenitor lineages leading to defective cardiomyocyte-subtype differentiation/maturation in HLHS. Additionally, premature cell-cycle exit of ventricular cardiomyocytes from HLHS patients prevented normal tissue responses to developmental signals for growth leading to multinucleation/polyploidy, accumulation of DNA damage, and exacerbated apoptosis, all potential drivers of left ventricular hypoplasia in absence of hemodynamic cues. Conclusions Our results highlight that despite genetic heterogeneity in HLHS, many mutations converge on sequential cellular processes primarily driving cardiac myogenesis, suggesting novel therapeutic approaches.

Abstract Funding Acknowledgements Type of funding sources: Public grant(s) – National budget only. Main funding source(s): PSIDER and HARVEY (ZonMW) Introduction Cardiotoxicity poses a significant challenge in drug development, often leading to the withdrawal of approved drugs. To address this issue, there is a critical need for improved models to predict cardiac adverse effects. In line with the imperative for animal-free preclinical testing, this study aimed to develop a novel model using human myocardial tissue slices to get a deeper understanding and potential prevention of doxorubicin-Induced cardiotoxicity. Methods Human myocardial tissue slices of 300 μm thick were derived from end-stage heart failure patients explanted hearts, including those harbouring likely or pathogenic cardiovascular mutations (class 4 and 5) (N=3) and non-genetic cardiovascular etiology (N=3). Myocardial tissue slices were cultured under physiological mechanical and electrical conditions. Slices were exposed to doxorubicin (1 µM) over a 10-day culture period, and their responses were compared to DMSO-vehicle controls, by recording contractile force and Ca2+ transients. Additionally, a subset of slices was treated with a cardioprotective agent, dexrazoxane (100 µM), 1 day prior to and during doxorubicin exposure to assess potential cardioprotection. Results Doxorubicin-exposed slices with a pathogenic mutation exhibited reduced mechanical force, increased threshold potential, and impaired ability to follow pacing at higher frequencies. Additionally, aberrations in calcium handling, manifested as arrhythmia-like disconnection of muscle fibers, were notably observed in these slices. Instead, slices from patients without pathogenic mutations showed minimal cardiotoxicity when exposed to doxorubicin. Encouragingly, pretreatment with dexrazoxane demonstrated a protective effect against doxorubicin-induced cardiotoxicity in the genetically susceptible group. Our functional findings corroborated our structural data, highlighting the breakdown of sarcomere structure and cell-cell connections and increased DNA damage, particularly in patients harbouring a genetic cardiovascular mutation. Conclusion In summary, human myocardial tissue slices faithfully recapitulate doxorubicin-induced cardiotoxicity. Importantly, our data suggests the utility of employing genetic testing for known cardiovascular mutations as a valuable step before initiating doxorubicin treatment. Additionally, we demonstrate for the first time the in vitro cardioprotective potential of dexrazoxane in a human tissue model. These findings pave the way for using ex vivo myocardial tissue slices to evaluate cardiotoxicity and their value as a powerful tool for evaluating the efficacy and delivery approaches.

Abstract Funding Acknowledgements Type of funding sources: Foundation. Main funding source(s): German Center for Cardiovascular research Background Fibroblast Growth Factor 23 (FGF23) and soluble Klotho (sKL) play a critical role in mineral homeostasis in the body by acting on the kidney to regulate phosphate levels. Circulating FGF23 levels rise in patients with kidney disease and dysregulation of the FGF23 –sKL- axis is a common phenomenon in uremic cardiomyopathy. Studies have shown that elevated FGF23 levels induce cardiac hypertrophy by targeting cardiac myocytes via FGF receptor isoform 4 (FGFR4), while sKL mitigates these effects and may also exert an independent protective effect on the heart(1,2). Purpose We aimed to study the effects of FGF23 and sKL on myocardial contractility, calcium handling and molecular signaling pathways in the human heart using an ex vivo model of cultured contracting myocardial slices. Methods We obtained human heart slices from explanted hearts from patients undergoing cardiac transplantation at the LMU Klinikum Munich, Germany. The 300 µm thick slices were cultured under continuous stimulation (1 Hz, 3 ms pulse width) with 1 mN preload, and contractile function were recorded continuously. Slices with vehicle, recombinant FGF23 protein (100ug/ml), recombinant sKL protein (200ug/ml) and both FGF23((100ug/ml)+sKL (200ug/ml) were continuously monitored over 10 days. We checked for mRNA expression using RT PCR. Results Treatment of human left ventricular tissue with recombinant FGF23 protein resulted in enhanced mRNA expression of the FGFR4. sKL treatment alone induced downregulation of the FGFR4 gene and mitigated upregulation of FGFR4 in FGF23+ sKL treated slices. Post pause potentiation (PPP), assessed by pausing the stimulation of the slices for 120s and then measuring the relative height of the first beat after resumption of pacing, is an indirect measure of sarcoplasmic reticulum Ca2+ handling capacity. PPP was reduced in FGF23 treated slices and heightened in the slices with sKL compared to vehicle treated ones, indicating that FGF23 and sKL play a role in intracellular Ca2+ handling. Conclusions sKL and FGF23 have opposite effects on human cardiac muscle with sKL mitigating FGF23-induced upregulation of FGFR4. Furthermore, sKL improves, while FGF23 impairs myocardial calcium handling . As altered calcium handling may also be involved in hypertrophic signaling altered calcium handling may provide a means by which FGF23 promotes and sKL inhibits myocardial hypertrophy. sKL is advocated as a promising candidate in exploring it therapeutic role in FGF23 mediated cardiomyopathy. We intend to advance our understanding of sKL-FGF23signaling mechanisms by combining transcriptomic analysis with functional data in this model of myocardial slice culture.