Fibroblast-specific Il-11 expression causes heart and kidney fibrosis and organ failure, whereas IL-11 inhibition prevents fibroblast activation and organ fibrosis, indicating that IL-11 inhibition is a potential therapeutic strategy to treat fibrotic diseases. Fibrosis—the overproduction of fibrous connective tissue—is a feature of many diseases and can contribute to pathology by causing scarring, thickening of tissue and interference with normal organ function. In the heart, fibrosis can cause mechanical and electrical dysfunction. Stuart Cook and colleagues identify a protein that has a crucial role in cardiac fibrosis: the cytokine IL-11. They find that, in primary human cardiac fibroblasts, transcription of IL-11 is a dominant response to transforming growth factor beta (TGFβ) exposure and that it is required for the pro-fibrotic effect of TGFβ. Loss of IL-11 reduced fibrosis in three preclinical models of cardiovascular fibrosis, leading the authors to propose IL-11 as a therapeutic target. Fibrosis is a common pathology in cardiovascular disease1. In the heart, fibrosis causes mechanical and electrical dysfunction1,2 and in the kidney, it predicts the onset of renal failure3. Transforming growth factor β1 (TGFβ1) is the principal pro-fibrotic factor4,5, but its inhibition is associated with side effects due to its pleiotropic roles6,7. We hypothesized that downstream effectors of TGFβ1 in fibroblasts could be attractive therapeutic targets and lack upstream toxicity. Here we show, using integrated imaging–genomics analyses of primary human fibroblasts, that upregulation of interleukin-11 (IL-11) is the dominant transcriptional response to TGFβ1 exposure and required for its pro-fibrotic effect. IL-11 and its receptor (IL11RA) are expressed specifically in fibroblasts, in which they drive non-canonical, ERK-dependent autocrine signalling that is required for fibrogenic protein synthesis. In mice, fibroblast-specific Il11 transgene expression or Il-11 injection causes heart and kidney fibrosis and organ failure, whereas genetic deletion of Il11ra1 protects against disease. Therefore, inhibition of IL-11 prevents fibroblast activation across organs and species in response to a range of important pro-fibrotic stimuli. These results reveal a central role of IL-11 in fibrosis and we propose that inhibition of IL-11 is a potential therapeutic strategy to treat fibrotic diseases.

Human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) hold promise for myocardial repair following injury, but preclinical studies in large animal models are required to determine optimal cell preparation and delivery strategies to maximize functional benefits and to evaluate safety. Here, we utilized a porcine model of acute myocardial infarction (MI) to investigate the functional impact of intramyocardial transplantation of hiPSC-derived cardiomyocytes, endothelial cells, and smooth muscle cells, in combination with a 3D fibrin patch loaded with insulin growth factor (IGF)-encapsulated microspheres. hiPSC-derived cardiomyocytes integrated into host myocardium and generated organized sarcomeric structures, and endothelial and smooth muscle cells contributed to host vasculature. Trilineage cell transplantation significantly improved left ventricular function, myocardial metabolism, and arteriole density, while reducing infarct size, ventricular wall stress, and apoptosis without inducing ventricular arrhythmias. These findings in a large animal MI model highlight the potential of utilizing hiPSC-derived cells for cardiac repair.

The adult mammalian heart has limited ability to repair itself after injury. Zebrafish, newts, and neonatal mice can regenerate cardiac tissue, largely by cardiac myocyte (CM) proliferation. It is unknown whether hearts of young large mammals can regenerate.We examined the regenerative capacity of the pig heart in neonatal animals (ages 2, 3, or 14 days postnatal) after myocardial infarction or sham procedure. Myocardial scar and left ventricular function were determined by cardiac magnetic resonance imaging and echocardiography. Bromodeoxyuridine pulse-chase labeling, histology, immunohistochemistry, and Western blotting were performed to study cell proliferation, sarcomere dynamics, and cytokinesis and to quantify myocardial fibrosis. RNA-sequencing was also performed.After myocardial infarction, there was early and sustained recovery of cardiac function and wall thickness in the absence of fibrosis in 2-day-old pigs. In contrast, older animals developed full-thickness myocardial scarring, thinned walls, and did not recover function. Genome-wide analyses of the infarct zone revealed a strong transcriptional signature of fibrosis in 14-day-old animals that was absent in 2-day-old pigs, which instead had enrichment for cytokinesis genes. In regenerating hearts of the younger animals, up to 10% of CMs in the border zone of the myocardial infarction showed evidence of DNA replication that was associated with markers of myocyte division and sarcomere disassembly.Hearts of large mammals have regenerative capacity, likely driven by cardiac myocyte division, but this potential is lost immediately after birth.

Abstract Background Ischemic heart disease is a huge global burden where patients often have irreversibly damaged heart muscle. State-of-the-art technology using stem cell-derived products for cellular therapy could potentially replace damaged heart muscle for regenerative cardiology. Methods and Results Pluripotent human embryonic stem cells (hESCs) were differentiated on a laminin LN521+221 matrix to cardiovascular progenitors (CVPs). Global transcriptome analyses at multiple time points by single-cell RNA-sequencing demonstrated high reproducibility (R 2 > 0.95) between two hESCs lines. We identified several CVP signature genes as quality batch control parameters which are highly specific to our CVPs as compared to canonical cardiac progenitor genes. A total of 200 million CVPs were injected into the infarcted region caused by permanent ligation of the coronary arteries of 10 immunosuppressed pigs and maintained for 4- and 12-weeks post transplantation. The transplanted cells engrafted and proliferated in the infarcted area as indicated by IVIS imaging, histology staining and spatial transcriptomic analysis. Spatial transcriptomic analysis at 1 week following transplantation showed that the infarcted region expressed human genes in the same area as immunohistology sections. Heart function was analyzed by magnetic resonance imaging (MRI) and computerized tomography (CT). Functional studies revealed overall improvement in left ventricular ejection fraction by 21.35 ± 3.3 %, which was accompanied by significant improvements in ventricular wall thickness and wall motion, as well as a reduction in infarction size after CVP transplantation as compared to medium control pigs (P < 0.05). Immunohistology analysis revealed maturation of the CVPs to cardiomyocytes (CMs) where the human grafts aligned with host tissue forming end-to-end connections typical for heart muscle. Electrophysiology analyses revealed electric continuity between injected and host tissue CMs. Episodes of ventricular tachyarrhythmia (VT) over a period of 25 days developed in four pigs, one pig had persistent VT, while the rest remained in normal sinus rhythm. All ten pigs survived the experiment without any VT-related death. Conclusions We report a highly reproducible, chemically defined and fully humanized differentiation method of hESCs for the generation of potent CVPs. This method may pave the way for lasting stem cell therapy of myocardial infarction (MI) in humans. Clinical Perspective What is New? We present a highly reproducible, chemically defined and fully humanized laminin-based differentiation method for generation of large amounts of cardiovascular progenitors (CVP); 20 million cells in a 10 cm 2 culture dish which were used for a preclinical study in pigs. Transplantation of the CVPs into the myocardial infarcted pig hearts yields maturation of the progenitor cells to cardiomyocytes (CMs) and improved cardiac function (21.35 ± 3.3 % LVEF improvement) using only 200 million CVPs. Temporary episodes of ventricular arrhythmia (50%) were observed after CVP transplantation. No fatal ventricular arrhythmia occurred. What are the clinical implications? Our laminin-based approach generated potent CVPs in vivo and largely restored function of the damaged heart. Cardiovascular progenitors may provide a new and safe therapeutic strategy for myocardial infarction. The results may have a significant impact on regenerative cardiology.

Abstract The TOR1B gene is known to play a pivotal role in maintaining cellular homeostasis and responding to endoplasmic reticulum stress. However, its involvement in cancer remains relatively understudied. This study seeks to explore the prognostic implications of TOR1B across various cancers, with a specific focus on Basal-like Breast Cancer (BLBC) and its underlying cellular mechanisms. Through comprehensive analysis of data from TCGA, TARGET, GEO, and GTEx, we investigated TOR1B expression and its correlation with patient outcomes. Furthermore, in vitro experiments conducted on BLBC cell lines examined the impact of TOR1B modulation on cell viability, apoptosis, and metabolic activity under varying oxygen levels. Our statistical analysis encompassed differential expression analysis, survival analysis, and multivariate Cox regression. Our findings indicate that TOR1B is overexpressed in BLBC and other cancers, consistently correlating with poorer prognosis. Elevated TOR1B levels were significantly associated with reduced overall and disease-free survival in BLBC patients. In vitro experiments further revealed that TOR1B knockdown augmented apoptosis and influenced metabolic activity, particularly under hypoxic conditions, highlighting its potential role in cancer cell adaptation to stress. Overall, our study underscores the importance of TOR1B in cancer progression, particularly in BLBC, where it serves as a notable prognostic indicator. The interaction between TOR1B and metabolic pathways, as well as its regulation by HIF-1α, suggests its significance in adapting to hypoxia, thereby positioning TOR1B as a promising therapeutic target for aggressive breast cancer subtypes.

Introduction: Optogenetics can precisely stimulate cardiac tissue, while optical mapping of voltage (Vm) and calcium transients (CaT) can image electrophysiological function with high spatiotemporal resolution. Here, we present a novel method that combines optogenetic actuation with dual Vm/CaT optical mapping. The optogenetic channels and CaT indicator are genetically encoded, while the Vm indicator is an organic dye. Methods: For model tissue, we used cardiac spheroid (600-800 µm in diameter) comprising cardiomyocytes and cardiac fibroblasts that were differentiated from human induced pluripotent stem cells. We used lentivirus to express the optogenetic actuator CheRiff and the calcium reporter jRCaMP1b, and stained with a voltage dye, RH237. CheRiff was optically excited using royal blue LED light (450 nm), and both RH237 and jRCaMP1b were excited using a single green LED light source (560 nm) that excites both indicators. The two indicators emit in different bands; fluorescence was split with a dichroic mirror and directed to two cameras to image Vm and CaT simultaneously without crosstalk (Fig. A). Results: We first used electrical field stimulation to activate the spheroid while simultaneously imaging Vm and CaT. This demonstrated the efficacy of the recording system (Fig. B[I]). We then switched to optogenetic stimulation to demonstrate the all-optical system and acquired similar signals (Fig. B[II]). Conclusions: This relatively simple system enables all-optical actuation and readout of cardiac electrophysiology. The genetically encoded optogenetic actuator and CaT indicator can be expressed in engineered tissue, while the organic Vm indicator can be used to stain both wild-type tissue and engineered tissue. We expect the system to be useful to investigate electrical coupling between engineered tissue grafts and host tissue because it enables actuation and readout of engineered tissue to be unambiguously separated from host tissue.

Background: Our previous study showed that cardiomyocytes (CMs) differentiated from hiPSCs with cyclin-D2 overexpression ( CCND2-OE hiPSC-CMs) induced the proliferation to repopulate > 50% of the scar in immunodeficient mouse hearts. To reduce the immunogenicity of CCND2-OE hiPSCs, we knocked out the HLA classes -I and -II ( KO/OE hiPSCs) and assessed the therapeutic efficacy and mechanism of KO/OE hiPSCs-derived CMs ( KO/OE hiPSC-CMs) for myocardial infarction (MI) treatment. Methods: KO/OE hiPSC-CM or wild-type hiPSC-CM ( WT hiPSC-CM) spheroids were differentiated in shaking flasks, purified, characterized, and injected into pig hearts post ischemia/reperfusion (I/R), while controls received medium injection only. Cardiac function was evaluated using cardiac magnetic resonance imaging (cMRI). CM proliferation was assessed through immunostaining and single-nucleus RNA sequencing (snRNAseq). Results: KO/OE hiPSC-CM spheroids secreted abundant follistatin compared to WT hiPSC-CM spheroids (30.3±4.13 vs 16.6±1.43 ng/mL, p=0.0056). Follistatin, which interacts with HIPPO/YAP pathway, stimulated WT hiPSC-CM proliferation and increased cell number by 28.3% over 16 days in vitro and promoted adult mice CM proliferation after MI in vivo . cMRI assessments indicated better cardiac function and scar sizes in KO/OE hiPSC-CM spheroid treated pig hearts compared to medium or WT hiPSC-CM spheroid treated pigs. Although the injected cells were only identified at 1 week, cell-cycle activity was significantly higher in the CMs of KO/OE hiPSC-CM spheroid treated pig hearts compared to the other two groups. A cluster of cycling CMs, enriched for five genes associated with cell proliferation according to snRNAseq data, was more prevalent in the KO/OE hiPSC-CM spheroid (3.65%) compared to the medium (0.89%) or WT hiPSC-CM spheroid treated (1.33%) hearts at 1 week. Pathways linked to cardiac regeneration—MAPK, HIPPO/YAP, and TGFB—were significantly upregulated in pig CMs treated with KO/OE hiPSC-CM spheroids. Furthermore, YAP protein levels and nuclear localization in CMs were higher in the KO/OE hiPSC-CM spheroid treated pig hearts compared to controls. Thus, follistatin secreted by implanted KO/OE hiPSC-CM spheroids appear to target the HIPPO/YAP pathway to promote pig CM proliferation. Conclusions: KO/OE hiPSC-CM spheroids significantly improved cardiac function and reduced infarct size in pig hearts after I/R by secreting follistatin which promoted pig CM proliferation through YAP signaling.