Projektbeschreibung
Fortgeschrittene Biomodulation von synthetischen Geweben
3D-gefertigte Gewebe bilden die Struktur und Funktion von nativem Gewebe nach und bieten fortgeschrittene Modelle für die Untersuchung der menschlichen Physiologie und von Krankheiten. Die derzeitigen Instrumente sind allerdings nicht in der Lage, die dynamische Mikroumgebung des Körpers durch elektrische und mechanische Modulation zu imitieren. Im Rahmen des ERC-finanzierten Projekts 5D-Neuro soll ein neuartiges Biomaterial mit der Fähigkeit zur elektrischen und mechanischen Biomodulation entwickelt werden, das für den Aufbau von 3D-Gewebe verwendet werden kann. Für die elektrische Stimulation werden optisch aktivierte Silizium-Nanostrukturen genutzt, während für die mechanische Modulation Eisenmikrostrukturen eingesetzt werden, die durch Magnetfelder manipuliert werden. Diese Technologien werden in die 5D-NEURO-Plattform integriert, die dazu eingesetzt werden kann, um unser Verständnis der Entwicklungsforschung des Gehirns, des neuronalen Wachstums und der Regeneration zu verbessern.
Ziel
The cellular microenvironment is tightly regulated by biochemical and physical cues. While state of the art electrical and mechanical devices can perturb the biophysical cell niche in 2D monolayers, 3D tissue cultures are considered a much more comprehensive and representative model of the in vivo microenvironment. However, the available biomodulation “toolkit” does not meet the required level of complexity, specificity, and accuracy. This limitation hinders the ability to address basic questions in brain research and to develop new nonpharmacological interventions such as next generation neuroengineering-technologies and biointerfaces.
We propose to develop a novel biomaterial for nongenetic leadless electrical and mechanical biomodulation in 3D engineered tissues. The leadless electrical biomodulation will be induced via optical illumination of semiconducting silicon micro- and nanostructures, which will potentially yield spatial resolution of hundreds of nanometres, two orders of magnitude smaller than the current state-of-the-art 3D biointerfaces. The mechanical perturbation will be achieved by spatially defined iron microstructures that will be manipulated via spatially homogenous magnetic fields, resulting in mechanical perturbation resolution down to few microns, which is unprecedented in 3D tissue constructs. Lastly, we will integrate the two materials into a single 3D platform to construct the 5D-NEURO, allowing leadless electrical and mechanical bi-modal perturbation simultaneously and independently.
Herein, we will both establish a new tool for biophysical modulation and generate new fundamental knowledge about the role of bioelectrical, biomechanical, and their synergistic effect on neuronal growth and regeneration in 3D models. Moreover, such a platform lays the ground for next generation engineered tissues for applications spanning from fundamental brain developmental research and future translational clinical interventions.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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- NaturwissenschaftenChemiewissenschaftenanorganische ChemieMetalloide
- Technik und TechnologieIndustrielle BiotechnologieBiomaterialien
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Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
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(öffnet in neuem Fenster) ERC-2024-STG
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