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Evolving Organs-on-Chip from developmental engineering to “mechanical re-evolution”

Description du projet

Régénération des tissus par la mécanobiologie

De nombreuses maladies restent incurables parce que les scientifiques ne disposent pas de modèles fiables pour étudier la façon dont les tissus se développent et se régénèrent. Les méthodes traditionnelles de laboratoire ne parviennent pas à reproduire les forces mécaniques complexes qui influencent la formation des tissus, ce qui limite les progrès de la médecine régénérative. Bien que l’ingénierie du développement ait progressé en imitant le développement embryonnaire, elle néglige largement les forces mécaniques en tant que facteur clé. Les installations in vitro actuelles fonctionnent de manière fixe, sans tenir compte de la manière dont les tissus réagissent naturellement à leur environnement mécanique et le modifient. Le projet EvOoC, financé par le CER, vise à transformer cette approche en développant des plateformes intelligentes d’organes sur puce qui appliquent, surveillent et ajustent activement les forces mécaniques. En intégrant la microfabrication, la mécanobiologie et l’apprentissage automatique, EvOoC pourrait ouvrir la voie à des thérapies révolutionnaires dans le domaine de la réparation des tissus.

Objectif

EvOoC aims at developing smart mechanically active Organs-on-Chip platforms as clinically relevant in vitro setups to unravel mechanisms underlying tissue regeneration and progression of unmet diseases.
A decade ago, developmental engineering (DE) proposed to model in vitro clinically relevant tissues replica by recapitulation of embryonic developmental events. Despite physical forces have recently been suggested as main driver of developmental processes, mechanical conditioning never prevailed as key DE strategy. This is related to a lack in current in vitro mechanobiology setups, mainly based on open loop systems, which disregard the fact that native mechanical environment varies in time as function of tissue state itself.
EvOoC vision is to elevate mechanobiology as leading DE approach through a ground-breaking paradigm, named mechanical re-evolution, based on the high-risk/high-gain hypothesis that an iterative manipulation of mechanical forces is necessary to guide in vitro adult tissue development at unprecedented levels.
Towards this vision, I will deliver a new method (Evolving OoC, EvOoC), integrating three enabling functions:
“Move” - to apply native-inspired mechanical forces to tissues in vitro;
“Sense” – to monitor their comprehensive effect on tissue development;
“Adapt” – to modulate forces as a function of tissue responses through machine learning (ML)-based algorithms, towards an unsupervised tissue evolution.
I will take advantages of two paradigmatic test-cases (cartilage and heart) to showcase the power of mechanical re-evolution in guiding in vitro tissue physiological and pathological states, towards the identification of a brand-new class of mechanotherapeutics for unmet pathologies.
By combining principles of microfabrication, DE, mechanobiology and ML, EvOoC will revolutionize basic studies in tissue development and disease modeling, facilitating innovative translational strategies to tackle tissue repair in manifold applications.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

Voir tous les projets financés dans le cadre de ce programme de financement

Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2022-STG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

POLITECNICO DI MILANO
Contribution nette de l'UE
€ 2 430 625,00
Adresse
PIAZZA LEONARDO DA VINCI 32
20133 Milano
Italie
Région
Nord-Ovest Lombardia Milano
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 2 430 625,00

Bénéficiaires (1)