Abstract Objective Non-human primates (NHPs) are critical for development of translational neural technologies because of their neurological and neuroanatomical similarities to humans. Large-scale neural interfaces in NHPs with multiple modalities for stimulation and data collection poise us to unveil network-scale dynamics of both healthy and unhealthy neural systems. We aim to develop a large-scale multi-modal interface for NHPs for the purpose of studying large-scale neural phenomena including neural disease, damage, and recovery. Approach We present a multi-modal artificial dura (MMAD) composed of flexible conductive traces printed into transparent medical grade polymer. Our MMAD provides simultaneous neurophysiological recordings and optical access to large areas of the cortex (~3 cm 2 ) and is designed to mitigate photo-induced electrical artifacts. The MMAD is the centerpiece of the interfaces we have designed to support electrocorticographic recording and stimulation, cortical imaging, and optogenetic experiments, all at the large-scales afforded by the brains of NHPs. We performed electrical and optical experiments bench-side and in vivo with macaques to validate the utility of our MMAD. Main results Using our MMAD we present large-scale electrocorticography from sensorimotor cortex of three macaques. Furthermore, we validated surface electrical stimulation in one of our animals. Our bench-side testing showed up to 90% reduction of photo-induced artifacts with our MMAD. The transparency of our MMAD was confirmed both via bench-side testing (87% transmittance) and via in vivo imaging of blood flow from the underlying microvasculature using optical coherence tomography angiography. Significance Our results indicate that our MMAD supports large-scale electrocorticography, large-scale cortical imaging, and, by extension, large-scale optical stimulation. The MMAD prepares the way for both acute and long-term chronic experiments with complimentary data collection and stimulation modalities. When paired with the complex behaviors and cognitive abilities of NHPs, these assets prepare us to study large-scale neural phenomena including neural disease, damage, and recovery.

Abstract In this study, we generated self-assembly cardiac organoids (COs) from human pluripotent stem cells by dual-phase modulation of Wnt/β-catenin pathway, utilizing CHIR99021 and IWR-1-endo. The resulting COs exhibited a diverse array of cardiac-specific cell lineages, cardiac cavity-like structures and demonstrated the capacity of spontaneous beating and vascularization in vitro . We further employed these complex and functional COs to replicate conditions akin to human myocardial infarction and SARS-CoV-2 induced fibrosis. These models accurately captured the pathological characteristics of these diseases, in both in vitro and in vivo settings. In addition, we transplanted the COs into NOD SCID mice and observed that they survived and exhibited ongoing expansion in vivo. Impressively, over a span of 75-day transplantation, these COs not only established blood vessel-like structures but also integrated with the host mice’s vascular system. It is noteworthy that these COs developed to a size of approximately 8 mm in diameter, slightly surpassing the dimensions of the mouse heart. This innovative research highlighted the potential of our COs as a promising avenue for cardiovascular research and therapeutic exploration.

Abstract Optoretinography (ORG) has the potential to be an effective biomarker for light-evoked retinal activity owing to its sensitive, objective, and precise localization of retinal function and dysfunction. Many ORG implementations have used adaptive optics (AO) to localize activity on a cellular scale. However, the use of AO restricts field-of-view (FOV) to the isoplanatic angle, necessitating the montaging of multiple regions-of-interest to cover an extended field. In addition, subjects with lens opacities, increased eye movements and decreased mobility pose challenges for effective AO operation. Here, we developed a coarse-scale ORG (CoORG) system without AO, which accommodates FOVs up to 5.5 deg. in a single acquisition. The system is based on a line-scan spectral domain OCT with volume rates of up to 32 Hz (16,000 B-frames per second). For acquiring ORGs, 5.5 deg. wide OCT volumes were recorded after dark adaptation and two different stimulus bleaches. The stimulus-evoked optical phase change was calculated from the reflections encasing the cone outer segments and its variation was assessed vs. eccentricity in 12 healthy subjects. The general behavior of ΔOPL vs. time mimicked published reports. High trial-to-trial repeatability was observed across subjects and with eccentricity. Comparison of ORG between CoORG and AO-OCT based ORG at 1.5°, 2.5°, and 3.5° eccentricity showed an excellent agreement in the same 2 subjects. The amplitude of the ORG response decreased with increasing eccentricity. The variation of ORG characteristics between subjects and versus eccentricity was well explained by the photon density of the stimulus on the retina and the outer segment length. Overall, the high repeatability and rapid acquisition over an extended field enabled the normative characterization of the cone ORG response in healthy eyes, and provides a promising avenue for translating ORG for widespread clinical application.

Von Hippel-Lindau (VHL) disease is a hereditary cancer syndrome with poor survival. The current recommendations have proposed uniform surveillance strategies for all patients, neglecting the obvious phenotypic varieties. In this study, we aim to confirm the phenotypic heterogeneity in VHL disease and the underlying mechanism. A total of 151 parent-child pairs were enrolled for genetic anticipation analysis, and 77 sibling pairs for birth order effect analysis. Four statistical methods were used to compare the onset age of patients among different generations and different birth orders. The results showed that the average onset age was 18.9 years earlier in children than in their parents, which was statistically significant in all of the four statistical methods. Furthermore, the first-born siblings were affected 8.3 years later than the other ones among the maternal patients. Telomere shortening was confirmed to be associated with genetic anticipation in VHL families, while it failed to explain the birth order effect. Moreover, no significant difference was observed for overall survival between parents and children (p=0.834) and between first-born patients and the other siblings (p=0.390). This study provides definitive evidence and possible mechanisms of intra-familial phenotypic heterogeneity in VHL families, which is helpful to the update of surveillance guidelines.

ABSTRACT Han Chinese is the most populated ethnic group across the globe with a comprehensive substructure that resembles its cultural diversification. Studies have constructed the genetic polymorphism spectrum of Han Chinese, whereas high-resolution investigations are still missing to unveil its fine-scale substructure and trace the genetic imprints for its demographic history. Here we construct a haplotype network consisted of 111,000 genome-wide genotyped Han Chinese individuals from direct-to-consumer genetic testing and over 1.3 billion identity-by-descent (IBD) links. We observed a clear separation of the northern and southern Han Chinese and captured 5 subclusters and 17 sub-subclusters in haplotype network hierarchical clustering, corresponding to geography (especially mountain ranges), immigration waves, and clans with cultural-linguistic segregation. We inferred differentiated split histories and founder effects for population clans Cantonese, Hakka, and Minnan-Chaoshanese in southern China, and also unveiled more recent demographic events within the past few centuries, such as Zou Xikou and Chuang Guandong . The composition shifts of the native and current residents of four major metropolitans (Beijing, Shanghai, Guangzhou, and Shenzhen) imply a rapidly vanished genetic barrier between subpopulations. Our study yields a fine-scale population structure of Han Chinese and provides profound insights into the nation’s genetic and cultural-linguistic multiformity.

Abstract A current strategy for obtaining haplotype information from several individuals involves short-read sequencing of pooled amplicons, where fragments from each individual is identified by a unique DNA barcode. In this paper, we report a new method to recover the phylogeny of haplotypes from short-read sequences obtained using pooled amplicons from a mixture of individuals, without barcoding. The method, AFPhyloMix, accepts an alignment of the mixture of reads against a reference sequence, obtains the single-nucleotide-polymorphisms (SNP) patterns along the alignment, and constructs the phylogenetic tree according to the SNP patterns. AFPhyloMix adopts a Bayesian model of inference to estimates the phylogeny of the haplotypes and their relative frequencies, given that the number of haplotypes is known. In our simulations, AFPhyloMix achieved at least 80% accuracy at recovering the phylogenies and frequencies of the constituent haplotypes, for mixtures with up to 15 haplotypes. AFPhyloMix also worked well on a real data set of kangaroo mitochondrial DNA sequences.