Vaccine and antiviral development against SARS-CoV-2 infection or COVID-19 disease would benefit from validated small animal models. Here, we show that transgenic mice expressing human angiotensin-converting enzyme 2 (hACE2) by the human cytokeratin 18 promoter (K18 hACE2) represent a susceptible rodent model. K18 hACE2 transgenic mice succumbed to SARS-CoV-2 infection by day 6, with virus detected in lung airway epithelium and brain. K18 ACE2 transgenic mice produced a modest TH1/2/17 cytokine storm in the lung and spleen that peaked by day 2, and an extended chemokine storm that was detected in both lungs and brain. This chemokine storm was also detected in the brain at day 6. K18 hACE2 transgenic mice are, therefore, highly susceptible to SARS-CoV-2 infection and represent a suitable animal model for the study of viral pathogenesis, and for identification and characterization of vaccines (prophylactic) and antivirals (therapeutics) for SARS-CoV-2 infection and associated severe COVID-19 disease.

ABSTRACT Vaccine and antiviral development against SARS-CoV-2 infection or COVID-19 disease currently lacks a validated small animal model. Here, we show that transgenic mice expressing human angiotensin converting enzyme 2 (hACE2) by the human cytokeratin 18 promoter (K18 hACE2) represent a susceptible rodent model. K18 hACE2-transgenic mice succumbed to SARS-CoV-2 infection by day 6, with virus detected in lung airway epithelium and brain. K18 ACE2-transgenic mice produced a modest TH1/2/17 cytokine storm in the lung and spleen that peaked by day 2, and an extended chemokine storm that was detected in both lungs and brain. This chemokine storm was also detected in the brain at day 4. K18 hACE2-transgenic mice are, therefore, highly susceptible to SARS-CoV-2 infection and represent a suitable animal model for the study of viral pathogenesis, and for identification and characterization of vaccines (prophylactic) and antivirals (therapeutics) for SARS-CoV-2 infection and associated severe COVID-19 disease.

Abstract Mitochondrial dysfunction alters cellular metabolism, increases tissue oxidative stress, and may be principal to the dysregulated signaling and function of CD4 + T lymphocytes in the elderly. In this proof of principle study, we investigated whether the transfer of functional mitochondria into CD4 + T cells that were isolated from old mice (aged CD4 + T cells), could abrogate aging-associated mitochondrial dysfunction, and improve the aged CD4 + T cell functionality. Our results show that the delivery of exogenous mitochondria to aged non-activated CD4 + T cells led to significant mitochondrial proteome alterations highlighted by improved aerobic metabolism and decreased cellular mitoROS. Additionally, mito-transferred aged CD4 + T cells showed improvements in activation-induced TCR-signaling kinetics displaying markers of activation (CD25), increased IL-2 production, enhanced proliferation ex vivo . Importantly, immune deficient mouse models (RAG-KO) showed that adoptive transfer of mito-transferred naive aged CD4 + T cells, protected recipient mice from influenza A and Mycobacterium tuberculosis infections. These findings support mitochondria as targets of therapeutic intervention in aging.

Mycobacterium bovis bacillus Calmette-Guérin (BCG) immunization still remains the best vaccination strategy available to control the development of active tuberculosis (TB). Protection afforded by BCG vaccination gradually wanes over time and while booster strategies have promise, they remain under development. An alternative approach is to improve BCG efficacy through host-directed therapy. Building upon prior knowledge that blockade of interleukin-10 receptor 1 (IL-10R1) during early Mycobacterium tuberculosis (M.tb) infection improves and extends control of M.tb infection in mice, we employed a combined anti-IL-10R1/BCG vaccine strategy. A subcutaneous, single vaccination of BCG/αIL10-R1 increased the numbers of CD4+ and CD8+ central memory T cells, and reduced TH1 and TH17 cytokine levels in the lung for up to 7 weeks post vaccination. Subsequent M.tb challenge in mice showed both an early (4 week) and sustained long-term (47 week) control of infection, which was associated with increased survival. In contrast, protection of BCG/saline vaccinated mice waned 8 weeks post M.tb infection. Our findings demonstrate that a single and simultaneous vaccination with BCG/αIL10-R1 sustains long-term protection, identifying a promising approach to enhance and extend the current BCG mediated protection against TB.

Bone is one of the most prevalent sites of metastases in various epithelial malignancies, including breast cancer and this metastasis to bone often leads to severe skeletal complications in women due to its osteolytic nature. To address this, we devised a novel drug delivery approach using an Alendronate (ALN) functionalized self-assembled porous crystalsomes for concurrent targeting of Oleanolic acid (OA) and ALN (ALN + OA@NCs) to bone metastasis. Initially, the conjugation of both PEG-OA and OA-PEG-ALN with ALN and OA was achieved, and this conjugation was then self-assembled into porous crystalsomes (ALN + OA@NCs) by nanoemulsion crystallization. The reconstruction of a 3D single particle using transmission electron microscopy ensured the crystalline porous structure of ALN + OA@NCs, was well aligned with characteristic nanoparticle attributes including size distribution, polydispersity, and zeta potential. Further, ALN + OA@NCs showed enhanced efficacy in comparison to OA@NCs suggesting the cytotoxic roles of ALN towards cancer cells, followed by augmentation ROS generation (40.81%), mitochondrial membrane depolarization (57.20%), and induction of apoptosis (40.43%). We found that ALN + OA@NCs facilitated inhibiting osteoclastogenesis and bone resorption followed by inhibited osteolysis. In vivo activity of ALN + OA@NCs in the 4 T1 cell-induced tibia model rendered a reduced bone loss in the treated mice followed by restoring bone morphometric markers which were further corroborated bone-targeting effects of ALN + OA@NCs to reduce RANKL-stimulated osteoclastogenesis. Further, In vivo intravenous pharmacokinetics showed the improved therapeutic profile of the ALN + OA@NCs in comparison to the free drug, prolonging the levels of the drug in the systemic compartment by reducing the clearance culminating the higher accumulation at the tumor site. Our finding proposed that ALN + OA@NCs can effectively target and treat breast cancer metastasis to bone and its associated complications.