Abstract Organoids recapitulate complex 3D organ structures and represent a unique opportunity to probe the principles of self-organization. While we can alter an organoid’s morphology by manipulating the culture conditions, the morphology of an organoid often resembles that of its original organ, suggesting that organoid morphologies are governed by a set of tissue-specific constraints. Here, we establish a framework to identify constraints on an organoid’s morphological features by quantifying them from microscopy images of organoids exposed to a range of perturbations. We apply this framework to Madin-Darby Canine Kidney cysts and show that they obey a number of constraints taking the form of scaling relationships or caps on certain parameters. For example, we found that the number, but not size, of cells increases with increasing cyst size. We also find that these constraints vary with cyst age and can be altered by varying the culture conditions. We observed similar sets of constraints in intestinal organoids. This quantitative framework for identifying constraints on organoid morphologies may inform future efforts to engineer organoids.

Abstract Aging is associated with both overt and subclinical lung fibrosis, which increases risk for mortality from viruses and other respiratory pathogens. The molecular programs that induce fibrosis in the aging lung are not well understood. To overcome this knowledge gap, we undertook multimodal profiling of distal lung samples from healthy human donors across the lifespan. Telomere shortening, a cause of cell senescence and fibrosis, was progressive with age in a sample of 86 lungs and was associated with foci of DNA damage. Bulk RNA sequencing confirmed activation of cellular senescence and pro-fibrotic pathways as well as genes necessary for collagen processing with increasing age. These findings were validated in independent datasets for lung and sun-exposed skin, but not other organs including heart, liver and kidney. Cell type deconvolution analysis revealed a progressive loss of lung epithelial cells and an increasing proportion of fibroblasts. Consistent with the observed pro-fibrotic transcriptional profile, second harmonic imaging demonstrated increased density of interstitial collagen in aged human lungs. Furthermore, regions of parenchymal fibrosis were associated with decreased alveolar expansion and surfactant secretion. These findings reveal the transcriptional and structural features of fibrosis and associated physiologic impairments in normal lung aging.

11537 Background: Surgery and (neo)adjuvant radiotherapy (RT) are the mainstay curative treatments for localized STS. Despite treatment, up to 50% of STS patients experience metastatic relapse, and routine use of adjuvant systemic therapy (AST) remains controversial. The presence of ctDNA following curative-intent treatment of STS is a potential biomarker for MRD and may identify patients who are likely to benefit from AST. Given the genomic heterogeneity of STS, a histology-agnostic approach to ctDNA detection in this population is desirable. Methods: This multicentre prospective study enrolled patients with localized, high-risk (grade ≥ 2, size ≥ 5 cm) STS. Blood samples were collected at diagnosis, post- radiotherapy, post-surgery, and at serial longitudinal time points for up to 2 years. Standard radiologic follow-up was performed concurrently. Whole exome sequencing of tumor tissue was carried out to identify patient-specific, single nucleotide variants. Personalized, and tumor-informed multiplex PCR next-generation sequencing-based ctDNA (Signatera) assays were used to track ctDNA in serial plasma samples. The primary endpoint was ctDNA detection rate of >70% at diagnosis. Secondary endpoints were MRD detection after local therapy and correlation of ctDNA detection with disease relapse. Results: A total of 76 subjects (female n = 43; median age [range]: 58 [21- 84] years) were included in this study from Princess Margaret Cancer Center, Stanford University, and Emory University. The most common STS types observed were leiomyosarcoma (LMS, n = 28), liposarcoma (n = 14), (predominantly dedifferentiated [n = 6]), and myxofibrosarcoma (n = 11). Among 38 pts who had blood samples collected at baseline (time of surgery), ctDNA was positive in 30/38 (79%). A baseline sample prior to radiotherapy was collected in 24 pts. Following neoadjuvant radiotherapy, 8/24 pts (33%) who were ctDNA positive at baseline became ctDNA negative, while 29/30 became ctDNA-negative after surgical resection. Median follow-up was 19 months, and 19/76 pts (25%) experienced disease recurrence Among these 19 pts, ctDNA was detected in all pts with baseline studies. ctDNA was detected at or before radiologic recurrence in 9/19 pts (47%), predominantly LMS 4/9, with a median lead time of 64.8 days (range: 0-197 days). ctDNA was detected in 14/38 patients at baseline with no radiological recurrence during follow-up period. Conclusions: Personalized, tumor-informed ctDNA assays can detect MRD and has prognostic value after definitive therapy, surgery and (neo)adjuvant radiotherapy, in localized STS patients. Additional studies are ongoing to evaluate ctDNA as a predictive biomarker for benefit from AST in STS. Clinical trial information: NCT03818412 .

Abstract RNA labeling in situ has enormous potential to visualize transcripts and quantify their levels in single cells, but it remains challenging to produce high levels of signal while also enabling multiplexed detection of multiple RNA species simultaneously. Here, we describe clampFISH 2.0, a method that uses an inverted padlock design to efficiently detect and exponentially amplify signals from many RNA species at once, while also reducing time and cost compared to the prior clampFISH method. We leverage the increased throughput afforded by multiplexed signal amplification and sequential detection by demonstrating the ability to detect 10 different RNA species in over 1 million cells. We also show that clampFISH 2.0 works in tissue sections. We expect the advantages offered by clampFISH 2.0 will enable many applications in spatial transcriptomics.

ABSTRACT Background Early surgical exposure and research fellowships have been independently shown to influence medical students’ specialty choice, increase academic productivity, and impact residency match. However, to our knowledge there is no published guidance on the implementation of formal plastic surgery summer research programs for first year medical students. We present our institutional experience developing a plastic surgery summer research program over seven years (2013-2020) in an effort to inform program development at other institutions. We hypothesized that this early, formal exposure could spark interest in pursuing research activities throughout medical school and residency. Methods From 2013 to 2016, a sole basic science research arm existed. In 2017, a clinical research arm was introduced, with several supplemental activities including structured surgical skills sessions. A formalized selection process was instituted in 2014. Participant feedback was analyzed on a yearly basis. Long-term outcomes included continued research commitment, productivity, and residency match. Results The applicant pool has reached 96 applicants in 2019, with 85% from outside institutions. Acceptance rate reached 7% in 2020. With adherence to a scoring rubric for applicant evaluation, good to excellent interrater reliability was achieved (ICC = 0.75). Long-term outcomes showed that on average per year, 28% of participants continued departmental research activities and 29% returned for dedicated research. Upon finishing medical school, participants had a mean of 6.9±4.0 peer-reviewed publications. 62% of participants matched into a surgical residency program, with 54% in integrated plastic surgery. Conclusions A research program designed for first year medical students interested in plastic surgery can achieve academic goals. Students are provided with mentorship, networking opportunities, and tools for self-guided learning and career development.