Ez az innovatív és interdiszciplináris kutatási projekt ötvözi a mikrorendszer-mérnököt, a bioelektronikát és a szövetkultúrát egy „organ-on-a-chip” (szerv-egy-chipen) vagy mikrofiziológiai rendszer (MPS) kifejlesztése érdekében, amely a vázizom összehúzódását modellezi fiziológiai és patofiziológiai körülmények között. Egészséges betegcsoportokból vett emberi vázizom-biopsziák felhasználásával a tudományos kihívás abban áll, hogy in vitro körülmények között újraalkossák az izom mikroszövetét, és így visszaadják e szerv fiziológiájának összetettségét. Hosszú távú célunk, hogy ugyanezt az eszközt alkalmazzuk olyan betegeknél, akiknél szervi diszfunkcióval* járó szerzett myopathia áll fenn, és így összehasonlítsuk a két állapotot a molekuláris szinttől a szöveti szintig.
Másodéves mesterképzési szakmai gyakorlat – 6 hónap, 2027. januártól júniusig. A hallgatónak biológiai háttérrel kell rendelkeznie, különösen a sejtbiológia területén (előnyt jelent a sejtkultúra-kezelés és a mikroszkópos vizsgálatok terén szerzett tapasztalat), valamint érdeklődnie kell a fizika és az elektronika iránt. A projekt keretében a hallgatónak két különböző laboratóriumban kell dolgoznia, és alkalmazkodnia kell a fizika/elektronika-orientált megközelítéshez, valamint annak biológiai kutatásban való alkalmazásához.
Kezdeti megközelítésünk egy gyűrű alakú izom (pl. egy záróizom) modellezését foglalja magában, hogy teszteljük a PDMS-ből készült öntőformák tervezésére irányuló képességeinket, valamint hogy kialakítsuk a több és/vagy többparaméteres érzékelő- és/vagy működtető-technológiák integrációját a normális, majd a kóros biológiai folyamatok monitorozása céljából. Konkrétabban: 3D-nyomtatott eszközök segítségével szilikon-alapú polimer (PDMS) tenyésztőüreges rendszereket fejlesztünk ki, hogy toroid alakú tenyésztési környezetet hozzunk létre a záróizom-szerű izommodellek előállításához. Ezek a szerkezetek lehetővé teszik az izom összehúzódását a központi oszlop körül, valamint ezeknek az összehúzódásoknak a vákuummikroszkópos mérését. Terveink szerint rögzítjük az egészséges állapotban megfigyelhető homogén összehúzódási jelenséget, valamint ennek a jelenségnek a szinkronizálatlanságát a kóros állapotban.
A második fázisban azt tervezzük, hogy ezekbe a tenyésztőüregbe integrálunk egy olyan mikrokarr-rendszert, mint amilyet az IES-csapat fejlesztett ki az organoidok belső elektrofiziológiájának mérésére. Ezek a mikrokarr-rendszerek hajlítóérzékelőkkel is felszereltek. A toroid alakú tenyésztőüregbe elhelyezett mikrokarr-rendszer sugárirányú elrendezésének segítségével azt tervezzük, hogy megvizsgáljuk a záróizmok elektromos aktivitásának stimulálásának és rögzítésének, valamint mechanikai összehúzódásainak lehetőségét.
Az ehhez a munkához felvett hallgató részt vesz a sejtkultúra-technikákban (fibroblasztok és mioblasztok izolálása, differenciálása és manipulálása) a „szövet-a-chipen” modellek előkészítése érdekében. Egyidejűleg az IES laboratóriumban is részt vesz a PDMS-formák fejlesztésében, amelyekkel előre meghatározott modellek (záróizom/mikrokar) szerint organoidokat modelleznek. Végül, ez a hat hónapos időszak magában foglalja a mikrofluidikus technológiák és mikroelektróda-mátrixok (MEA-k) felhasználásával végzett kezdeti elektromos stimulációs kísérleteket is, amelyek célja e fejlett sejtmodellek első reakcióinak rögzítése.
Hosszú távú perspektívánk a szisztémás vagy szervközi betegségek megértésére és kezelésére irányuló, több szervet magában foglaló megközelítésen alapul, különösen más szövetek (pl. idegszövetek) integrálása révén.