Abstract Atherosclerosis is an arterial disease characterized by intravascular plaques. Disease hallmarks are vessel stenosis and hyperplasia, eventually escalating into plaque rupture and acute clinical presentations. Innate immune cells and local variations in hemodynamics are core players in the pathology, but their mutual relationship has never been investigated before due to the lack of modeling systems with adequate degree of complexity. Here, we combined computational fluid dynamics and tissue-engineering to achieve, for the first time in vitro , full atherosclerotic plaque development. Our model incorporates induced pluripotent stem cell-derived populations into small-caliber arteries that are cultured in atheroprone conditions. Using machine-learning-aided immunophenotyping, molecular and nanoprobe-based tensile analyses, we found that immune cells, extracellular matrix components and tensional state were comparable between in vitro and ex vivo human lesions. Our results provide further insights into the relation between hemodynamics and inflammation, introducing a versatile, scalable modeling tool to study atherosclerosis onset and progression.

Abstract Guillain–Barré syndrome (GBS) is a rare heterogenous disorder of the peripheral nervous system, which is usually triggered by a preceding infection, and causes a potentially life-threatening progressive muscle weakness 1 . Although GBS is considered an autoimmune disease, the mechanisms that underlie its distinct clinical subtypes remain largely unknown. Here, by combining in vitro T cell screening, single-cell RNA sequencing and T cell receptor (TCR) sequencing, we identify autoreactive memory CD4 + cells, that show a cytotoxic T helper 1 (T H 1)-like phenotype, and rare CD8 + T cells that target myelin antigens of the peripheral nerves in patients with the demyelinating disease variant. We characterized more than 1,000 autoreactive single T cell clones, which revealed a polyclonal TCR repertoire, short CDR3β lengths, preferential HLA-DR restrictions and recognition of immunodominant epitopes. We found that autoreactive TCRβ clonotypes were expanded in the blood of the same patient at distinct disease stages and, notably, that they were shared in the blood and the cerebrospinal fluid across different patients with GBS, but not in control individuals. Finally, we identified myelin-reactive T cells in the nerve biopsy from one patient, which indicates that these cells contribute directly to disease pathophysiology. Collectively, our data provide clear evidence of autoreactive T cell immunity in a subset of patients with GBS, and open new perspectives in the field of inflammatory peripheral neuropathies, with potential impact for biomedical applications.

ABSTRACT Fast and minimally invasive approaches for early, preclinical diagnosis of neurodegenerative Alzheimer’s disease (AD) are highly anticipated. Evidence of adaptive immune cells responding to cerebral β-amyloidosis, one of the pathological hallmarks of AD, has raised the question of whether immune markers could be used as proxies for β-amyloid accumulation in the brain. Here, we deploy multidimensional mass cytometry combined with unbiased machine learning techniques to immunophenotype peripheral blood mononuclear cells from study participants in cross-sectional and longitudinal cohorts. We show that increases in antigen-experienced adaptive immune cells in the blood, particularly CD45RA-reactivated T effector memory (TEMRA) cells, are associated with early accumulation of brain β-amyloid and with changes in plasma AD biomarkers in still cognitively healthy subjects. Our results suggest that preclinical AD pathology is linked to systemic alterations of the adaptive immune system. These immunophenotype changes may help in the future to identify and develop novel diagnostic tools for early AD assessment and to better understand clinical outcomes.

Abstract There is growing evidence that the adaptive immune system and neurodegenerative Alzheimer’s disease (AD) are intertwined in multiple ways. Recent studies have reported alterations of the adaptive immune system in early AD stages, such as preclinical AD and mild cognitive impairment (MCI) due to AD. However, the identity of specific antigenic targets and whether the respective response is beneficial or detrimental during disease progression are still open questions. Herein, we describe cross-sectional analyses of blood and cerebrospinal fluid from three different study populations covering early AD stages. We employed high-dimensional mass cytometry, single-cell RNA-sequencing, in vitro T cell secretome analysis, and antigen presentation assays to achieve a comprehensive characterization of adaptive immune cell populations. Our results show that subjects at the stage of asymptomatic, preclinical AD can mount a CD4 + T helper cell response towards β- amyloid peptide and display an early enrichment of cytotoxic CD8 + effector/TEMRA cells in CSF, combined with a less immunosuppressive gene signature of peripheral regulatory T cells. Conversely, in MCI due to AD, we observed increased frequencies of CD8 + effector/TEMRA cells in the periphery, characterized by a pro-inflammatory gene expression profile and an overall decrease in antigen responsiveness. Our results demonstrate the complexity of adaptive immune changes in early AD and suggest that it may be beneficial in the preclinical stage to promote specific CD4 + T cell responses, while in MCI it may be important to therapeutically target CD8 + T cell responses if these prove to be harmful.