Dit innovatieve en interdisciplinaire onderzoeksproject combineert microsysteemtechniek, bio-elektronica en weefselkweek om een ‘organ-on-a-chip’, oftewel een microfysiologisch systeem (MPS), te ontwikkelen dat de samentrekking van skeletspieren onder fysiologische en pathofysiologische omstandigheden modelleert. Met behulp van biopsieën van menselijke skeletspieren, afgenomen bij groepen gezonde patiënten, bestaat de wetenschappelijke uitdaging erin om spiermicroweefsel in vitro na te bootsen en zo de complexiteit van de fysiologie van dit orgaan te reproduceren. De doelstelling op langere termijn is om ditzelfde apparaat te gebruiken bij patiënten met verworven myopathie die gepaard gaat met orgaandisfunctie*, en zo de twee toestanden te vergelijken, van het moleculaire tot het weefselniveau.
Stage in het tweede jaar van de masteropleiding – 6 maanden, van januari tot juni 2027. De student moet een achtergrond hebben in de biologie, met name in de celbiologie (ervaring met celculturen en microscopie is een pluspunt), en interesse hebben in natuurkunde en elektronica. Het project vereist dat de student in twee verschillende laboratoria werkt en zich kan aanpassen aan zowel een op natuurkunde en elektronica gerichte aanpak als de toepassing daarvan in biologisch onderzoek.
Onze eerste aanpak bestaat uit het modelleren van een ringvormige spier (bijvoorbeeld een sluitspier) om te testen in hoeverre we in staat zijn om mallen in PDMS te ontwerpen en om de integratie van meerdere en/of multiparameter-sensor- en/of actuatortechnologieën aan te passen voor het monitoren van normale en vervolgens pathologische biologische processen. Meer specifiek zullen we kweekputjes ontwikkelen in een op siliconen gebaseerd polymeer (PDMS) met behulp van 3D-geprinte apparaten om toroïdale kweekomgevingen te creëren voor het genereren van sfinctervormige spiermodellen. Deze structuren maken spiercontractie rond de centrale pilaar mogelijk en het meten van deze contracties door middel van vacuümmicroscopie. We zijn van plan om een homogeen contractiefenomeen vast te leggen in gezonde gevallen en een desynchronisatie van ditzelfde fenomeen in de pathologische configuratie.
In een tweede fase zijn we van plan om in deze kweekputjes een reeks microhefbomen te integreren, zoals die door het IES-team zijn ontwikkeld om de interne elektrofysiologie van organoïden te meten. Deze microhefbomen zijn tevens uitgerust met buigsensoren. Met behulp van een radiale opstelling van de microhefbomen, geplaatst in een toroïdale kweekput, willen we de mogelijkheid onderzoeken om zowel de elektrische activiteit van sluitspieren als hun mechanische samentrekkingen te stimuleren en te registreren.
De student die voor dit werk wordt aangeworven, zal meewerken aan celkweektechnieken (isolatie, differentiatie en manipulatie van fibroblasten en myoblasten) om ‘tissue-on-a-chip’-modellen voor te bereiden. Hij/zij zal tegelijkertijd in het IES-laboratorium meewerken aan de ontwikkeling van PDMS-mallen om organoïden te modelleren volgens vooraf gedefinieerde modellen (sfincters/microhefbomen). Ten slotte omvat deze periode van zes maanden eerste proeven met elektrische stimulatie met behulp van microfluïdische technologieën en micro-elektrode-arrays (MEA’s) om de eerste reacties van deze geavanceerde celmodellen te registreren.
Onze langetermijnvisie is gebaseerd op een multi-orgaanbenadering voor het begrijpen en behandelen van systemische of inter-orgaanziekten, met name door de integratie van andere weefsels (bijv. zenuwweefsel).