Abstract 463 million people globally suffer from diabetes. The majority are deficient in insulin-producing pancreatic beta cells, although beta cells remain in most people with diabetes. Unfortunately, although many diabetes drugs exist, none is able to increase adult human beta cell numbers. Recently, small molecules that inhibit the kinase, DYRK1A, have been suggested to induce human beta cell replication in vitro and in vivo as assessed using proliferation markers, and this is enhanced by drugs that stimulate the GLP1 receptor (GLP1R) on beta cells. DYRK1A inhibitors also enhance human beta cell differentiation and function. However, it is unknown whether any drug can actually increase human beta cell mass in vivo , reflecting: 1) the intrinsic resistance of human beta cells to regeneration; and, 2) the current technical inability to accurately assess human beta cell mass in vivo . Here, we demonstrate for the first time that combining a DYRK1A inhibitor with a GLP1R agonist increases actual human beta cell numbers and overall mass in vivo by 400-700% in diabetic and non-diabetic mice over three months. We further describe a novel application of tissue-clearing and 3D imaging for quantification of human beta cell mass. These findings should be transformative for diabetes treatment.

Five hundred thirty-seven million people globally suffer from diabetes. Insulin-producing β cells are reduced in number in most people with diabetes, but most individuals still have some residual β cells. However, none of the many diabetes drugs in common use increases human β cell numbers. Recently, small molecules that inhibit dual tyrosine-regulated kinase 1A (DYRK1A) have been shown to induce immunohistochemical markers of human β cell replication, and this is enhanced by drugs that stimulate the glucagon-like peptide 1 (GLP1) receptor (GLP1R) on β cells. However, it remains to be demonstrated whether these immunohistochemical findings translate into an actual increase in human β cell numbers in vivo. It is also unknown whether DYRK1A inhibitors together with GLP1R agonists (GLP1RAs) affect human β cell survival. Here, using an optimized immunolabeling-enabled three-dimensional imaging of solvent-cleared organs (iDISCO

The ability to precisely control the activity of defined cell populations enables studies of their physiological roles and may provide therapeutic applications. While prior studies have shown that magnetic activation of ferritin-tagged ion channels allows cell-specific modulation of cellular activity, the large size of the constructs made the use of adeno-associated virus, AAV, the vector of choice for gene therapy, impractical. In addition, simple means for generating magnetic fields of sufficient strength have been lacking. Toward these ends, we first generated a novel anti-ferritin nanobody that when fused to transient receptor potential cation channel subfamily V member 1, TRPV1, enables direct binding of the channel to endogenous ferritin in mouse and human cells. This smaller construct can be delivered in a single AAV and we validated that it robustly enables magnetically induced cell activation in vitro. In parallel, we developed a simple benchtop electromagnet capable of gating the nanobody-tagged channel in vivo. Finally, we showed that delivering these new constructs by AAV to pancreatic beta cells in combination with the benchtop magnetic field delivery stimulates glucose-stimulated insulin release to improve glucose tolerance in mice in vivo. Together, the novel anti-ferritin nanobody, nanobody-TRPV1 construct and new hardware advance the utility of magnetogenetics in animals and potentially humans.