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Scalable real-time monitoring of 3D cell cultures with electrical impedance microtomography

Projektbeschreibung

Mit markierungsfreiem Ansatz erforschen, wie Zellen auf Krebsbehandlungen reagieren

Bei der personalisierten Krebstherapie kann in hohem Maße davon profitiert werden, Wirkstoffe an patienteneigenen 3D-Zellkulturen zu erproben. Die gegenwärtig üblichen Methoden einschließlich der Lichtmikroskopie sind jedoch recht langsam und für großmaßstäbliche Tests ungeeignet. Mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen wird im Rahmen des Projekts MITO die lokale elektrische Impedanzspektroskopie eingesetzt, ein Verfahren, das der Echtzeitüberwachung großer 3D-Zellkultur-Arrays dient, ohne dass Markierungen erforderlich sind. Bei dieser Technologie werden fortgeschrittene mikrostrukturierte Vorrichtungen und Polymerschichten kombiniert, um elektrische Ströme zu den Zellen zu leiten und sie in realistischen 3D-Strukturen wachsen zu lassen. Das System wird detaillierte Echtzeitinformationen darüber liefern, wie Zellen organisiert sind und funktionieren. Bei den neuen Prototypen werden 3D-Tumormodelle zur Erprobung von Krebstherapien eingesetzt, wodurch eine schnellere, versuchstierfreie Plattform zur Entwicklung personalisierter Arzneimittel angeboten wird.

Ziel

High-throughput functional drug testing on patient-derived 3D cell cultures offers unprecedented opportunities for personalized cancer medicine. Optical microscopy constitutes a bottleneck in this approach as it cannot provide rapid information on cell and tissue viability and is not compatible with upscaling. To address this issue, I focus my research project on local electrical impedance spectroscopy to enable the real-time and label-free monitoring of large arrays of 3D cell cultures. The vision is to combine integrated arrays of microstructured organic mixed ionic-electronic conductor devices with multifunctional 3D micropatterned polymeric layers to achieve two specific objectives: i) focus the ionic currents onto the 3D space where cell aggregates are formed, ii) provide the biological cues for cell assembly and development into 3D functional structures. The rapid acquisition of the electrical impedance matrix resolved in frequency space combined with impedance modelling will provide real-time tomographic information about 3D cell organization, inter-cellular junctions and cellular functionality. As a test case demonstrating high-throughput 3D cell culture experiments, final prototypes will implement 3D tumour models to test cellular therapies suppressing cancer growth. The envisioned technology will constitute a novel platform for the accelerated development of personalized medicines without relying on animal testing. The strong interdisciplinary approach adopted by MITO leverages the high-level expertise of the University of Bologna (12-months return phase, supervisor Prof. Tobias Cramer, expert in materials for bioelectronics) and ETH Zurich (24-months outgoing phase, supervisor Prof. Andreas Hierlemann, expert in electrical engineering and cell cultures). Throughout the entire action, I will receive excellent training to enhance my scientific, communication, dissemination, and technology transfer skills, significantly advancing my future academic career.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

Schlüsselbegriffe

Programm/Programme

Thema/Themen

Finanzierungsplan

HORIZON-TMA-MSCA-PF-GF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - Global Fellowships

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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

(öffnet in neuem Fenster) HORIZON-MSCA-2024-PF-01

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Koordinator

ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITA DI BOLOGNA
Netto-EU-Beitrag
€ 388 940,52
Adresse
VIA ZAMBONI 33
40126 Bologna
Italien
Region
Nord-Est Emilia-Romagna Bologna
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
Links
Gesamtkosten
Keine Daten

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