Cerebral organoids provide an accessible system for investigations of cellular composition, interactions, and organization but have lacked oligodendrocytes, the myelinating glia of the central nervous system. Here we reproducibly generated oligodendrocytes and myelin in ‘oligocortical spheroids’ derived from human pluripotent stem cells. Molecular features consistent with those of maturing oligodendrocytes and early myelin appeared by week 20 in culture, with further maturation and myelin compaction evident by week 30. Promyelinating drugs enhanced the rate and extent of oligodendrocyte generation and myelination, and spheroids generated from human subjects with a genetic myelin disorder recapitulated human disease phenotypes. Oligocortical spheroids provide a versatile platform for studies of myelination of the developing central nervous system and offer new opportunities for disease modeling and therapeutic development. A method for generating cortical spheroids from human pluripotent stem cells produces maturing oligodendrocytes that can myelinate axons and model myelin disease and drug effects.

Astrocytes have been implicated in regulating oligodendrocyte development and myelination in vitro, although their functions in vivo remain less well defined. Using a novel approach to locally ablate GFAP+ astrocytes, we demonstrate that astrocytes are required for normal CNS myelin compaction during development, and for maintaining myelin integrity in the adult. Transient ablation of GFAP+ astrocytes in the mouse spinal cord during the first postnatal week reduced the numbers of mature oligodendrocytes and inhibited myelin formation, while prolonged ablation resulted in myelin that lacked compaction and structural integrity. Ablation of GFAP+ astrocytes in the adult spinal cord resulted in the rapid, local loss of myelin integrity and regional demyelination. The loss of myelin integrity induced by astrocyte ablation was greatly reduced by NMDA receptor antagonists, both in vitro and in vivo, suggesting that myelin stability was affected by elevation of local glutamate levels following astrocyte ablation. Furthermore, targeted delivery of glutamate into adult spinal cord white matter resulted in reduction of myelin basic protein expression and localized disruption of myelin compaction which was also reduced by NMDA receptor blockade. The pathology induced by localized astrocyte loss and elevated exogenous glutamate, supports the concept that astrocytes are critical for maintenance of myelin integrity in the adult CNS and may be primary targets in the initiation of demyelinating diseases of the CNS, such as Neuromyelitis Optica (NMO).

Abstract Disease, injury, and aging induce reactive astrocyte states with pathological functions 1-4 . In neurodegenerative diseases, inflammatory reactive astrocytes are abundant and contribute to progressive cell loss. Modulating the state or function of these reactive astrocytes thereby represents an attractive therapeutic goal 5,6 . Leveraging a cellular phenotypic screening platform, we show that chemical inhibitors of HDAC3 effectively block pathological astrocyte reactivity. Inhibition of HDAC3 reduces molecular and functional features of reactive astrocytes in vitro including inflammatory gene expression, cytokine secretion, and antigen presentation. Transcriptional and chromatin mapping studies show that HDAC3 inhibition mediates a switch between pro-inflammatory and anti-inflammatory states, which disarms the pathological functions of reactive astrocytes. Systemic administration of a blood-brain barrier penetrant chemical inhibitor of HDAC3, RGFP966, blocks reactive astrocyte formation and promotes axonal protection in vivo . Collectively, these results establish a platform for discovering chemical modulators of reactive astrocyte states, inform the mechanisms controlling astrocyte reactivity, and demonstrate the therapeutic potential of modulating astrocyte reactivity for neurodegenerative diseases.

Development of pharmacotherapies that promote remyelination are a high priority for multiple sclerosis (MS) due to their potential for neuroprotection and restoration of function through repair of demyelinated lesions. A novel preparation of clean-surfaced, faceted gold nanocrystals demonstrated robust remyelinating activity in response to demyelinating agents in both chronic cuprizone and acute lysolecithin rodent animal models. Furthermore, oral delivery of gold nanocrystals improved motor functions of cuprizone-treated mice in both open field and kinematic gait studies. Gold nanocrystal treatment of oligodendrocyte precursor cells in culture resulted in oligodendrocyte maturation and expression of key myelin differentiation markers. Additional in vitro data demonstrated that these gold nanocrystals act via a novel energy metabolism pathway involving the enhancement of key indicators of aerobic glycolysis. In response to gold nanocrystals, co-cultured central nervous system cells exhibited elevated levels of the redox coenzyme nicotine adenine dinucleotide (NAD+), elevated total ATP levels, elevated extracellular lactate levels, and upregulation of myelin-synthesis related genes, collectively resulting in functional myelin generation. Based on these preclinical studies, clean-surfaced, faceted gold nanocrystals represent a novel remyelinating therapeutic for multiple sclerosis.

Abstract HIV-associated neurocognitive disorders (HAND) are a spectrum of cognitive impairments that continue to affect approximately half of all HIV-positive individuals despite effective viral suppression through antiretroviral therapy (ART). White matter pathologies have persisted in the ART era, and the degree of white matter damage correlates with the degree of neurocognitive impairment in patients with HAND. The HIV protein Nef has been implicated in HAND pathogenesis, but its effect on white matter damage has not been well characterized. Here, utilizing in vivo, ex vivo, and in vitro methods, we demonstrate that Nef-containing extracellular vesicles (Nef EVs) disrupt myelin sheaths and inflict damage upon oligodendrocytes within the murine central nervous system. Intracranial injection of Nef EVs leads to reduced myelin basic protein (MBP) staining and a decreased number of CC1 + oligodendrocytes in the corpus callosum. Moreover, cerebellar slice cultures treated with Nef EVs exhibit diminished MBP expression and increased presence of unmyelinated axons. Primary mixed brain cultures and enriched oligodendrocyte precursor cell cultures exposed to Nef EVs display a decreased number of O4 + cells, indicative of oligodendrocyte impairment. These findings underscore the potential contribution of Nef EV-mediated damage to oligodendrocytes and myelin maintenance in the pathogenesis of HAND.