Projektbeschreibung
Programmierbare Formänderung von zellpräzisen Organen aus dem Biodrucker
Während ihrer Entwicklung durchlaufen Organe dynamische Formveränderungen, die durch Kräfte wie volumetrisches Gewebewachstum ausgelöst werden, ehe sie ihre endgültige Form, Zusammensetzung und Funktion erreichen. Die derzeitigen Methoden des Biodrucks zellpräziser Organe sind jedoch aufgrund der Verwendung von statischen Hydrogelen nicht in der Lage, morphogenetische Formveränderungen zu unterstützen. Das vom Europäischen Forschungsrat finanzierte Projekt morphoPRINT zielt darauf ab, eine dynamische Hydrogel-Plattform zu schaffen, die das volumetrische Wachstum von Gewebe aus dem Biodrucker räumlich steuern kann, um eine programmierbare Formänderung zu ermöglichen. Zunächst werden innovative Hydrogele entwickelt, die bei Bedarf räumlich aktivierbar sind, um das Volumenwachstum zu unterstützen oder zu verhindern. Das Projekt morphoPRINT wird dann die Prinzipien der Formänderung mithilfe der Plattform untersuchen und die Ergebnisse nutzen, um zellpräzise Herzgefäße zu entwerfen, die entwicklungsbedingte Formänderungen erfahren.
Ziel
During embryonic development, organs emerge through highly dynamic processes driven by complex shape-transformations that sculpt their final shape, composition, and function. Despite this, existing approaches to organ bioprinting employ static hydrogels that are not capable of supporting morphogenetic shape changes. Further, we lack an understanding of how key morphogenetic forces such as volumetric tissue growth can be leveraged to re-engineer fundamental tissue shape-morphing behaviours such as bending, buckling, bulging, or twisting. These are major barriers preventing the design of bioprinted tissues that undergo shape-transformations essential for their evolution into a functional final form. Recognising this, the goal of morphoPRINT is to develop a dynamic hydrogel platform that can spatially turn “on” or “off” volumetric growth in bioprinted tissues to direct 4D shape-morphing, and to use this platform to re-engineer morphogenetic shape changes that sculpt the tissue into a more mature form. To realise this goal, we propose ground-breaking technological advances to create hydrogels with independent networks of 1) supramolecular crosslinks that support volumetric growth and 2) photoresponsive covalent crosslinks that can be spatially activated to resist volumetric growth. We will use this platform to explore how spatial patterns of volumetric growth can drive tissue bending, buckling, and bulging, which will lead to a new conceptual understanding of the physical principles that drive tissue shape-morphing. We will then apply these principles towards the design of bioprinted heart tubes that undergo embryonic-like looping into an early 4-chamber structure. morphoPRINT will enable, for the first time, bioprinted organs that undergo programmable shape-morphing. This will set the stage for a new horizon in organ-engineering research focused on recapitulating physical aspects of morphogenesis rather than just the end-stage geometrical structure of the organ.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsGastgebende Einrichtung
H91 Galway
Irland