During embryogenesis, optic vesicles develop from the diencephalon via a complex process of organogenesis. Using iPSC-derived human brain organoids, we attempted to simplify the complexities and demonstrate the formation of forebrain-associated bilateral optic vesicles, cellular diversity, and functionality. Around day thirty, brain organoids could assemble optic vesicles, which progressively develop as visible structures within sixty days. These optic vesicle-containing brain organoids (OVB-Organoids) constitute a developing optic vesicle’s cellular components, including the primitive cornea and lens-like cells, developing photoreceptors, retinal pigment epithelia, axon-like projections, and electrically active neuronal networks. Besides, OVB-Organoids also display synapsin-1, CTIP-positive, myelinated cortical neurons, and microglia. Interestingly, various light intensities could trigger photoreceptor activity of OVB-Organoids, and light sensitivities could be reset after a transient photo bleach blinding. Thus, brain organoids have the intrinsic ability to self-organize forebrain-associated primitive sensory structures in a topographically restricted manner and can allow conducting interorgan interaction studies within a single organoid.

Summary The brain extracellular matrix (ECM) assembles around neurons and synapses, and is thought to change only rarely, through proteolysis and renewed protein synthesis. We report here an alternative ECM remodeling mechanism, based on the recycling of ECM molecules. We found that a key ECM protein, Tenascin-R, is frequently endocytosed, and later resurfaces, preferentially near synapses. The TNR molecules complete this cycle within ∼3 days, in an activity-dependent fashion.

Abstract Multiplexed cellular imaging typically relies on the sequential application of detection probes, such as antibodies or DNA barcodes, which is complex and time-consuming. To address this, we developed here protein nanobarcodes, composed of combinations of epitopes recognized by specific sets of nanobodies. The nanobarcodes are read in a single imaging step, relying on nanobodies conjugated to distinct fluorophores, which enables a precise analysis of large numbers of protein combinations.

Abstract Cardiac autonomic neurons control cardiac contractility. Dysregulation of the autonomic nervous system can lead to sympathetic overdrive resulting in heart failure and an increased incidence of fatal arrhythmias. Here, we introduce innervated engineered human myocardium (iEHM), a novel model of neuro-cardiac junctions, constructed by fusion of a bioengineered neural organoid (BENO) patterned to autonomic nervous system and engineered human myocardium (EHM). Projections of sympathetic neurons into engineered human myocardium formed presynaptic terminals in close proximity to cardiomyocytes and an extensive vascular network co-developing in the tissues. Contractile responses to optogenetic stimulation of the accordingly engineered neuronal component demonstrated functionality of neuro-cardiac junctions in iEHM. This model will serve as a human surrogate system to delineate neuron and cardiac cell contribution to brain and heart diseases and is an important step towards engineering a human brain to heart axis in a dish.