Engineered Humanized Spinal Cord Construct for Advancing Health and Disease Research

Opis projektu

Ludzki rdzeń kręgowy uzyskany dzięki biodrukowi

Zrozumienie i leczenie schorzeń rdzenia kręgowego oraz chorób neurodegeneracyjnych wymaga modeli, które odzwierciedlają złożoność ludzkiego rdzenia kręgowego, czego nie są w stanie zapewnić istniejące rozwiązania. Zespół finansowanego ze środków Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych projektu SpineCraft opracuje funkcjonalną konstrukcję ludzkiego rdzenia kręgowego w technologii 4D, która połączy anatomicznie dokładną budowę z kontrolowanym rozmieszczeniem komórek nerwowych i naczyniowych w przestrzeni. Będzie to możliwe dzięki wykorzystaniu zaawansowanych technik biodruku oraz macierzy pozakomórkowych. Do wytworzenia wymaganych komórek badacze wykorzystają indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste pochodzenia ludzkiego, które zostaną wkomponowane w precyzyjną strukturę odzwierciedlającą rzeczywisty rdzeń kręgowy. Komórki pochodzące od pacjentów zostaną następnie wykorzystane do modelowania cech charakterystycznych dla poszczególnych chorób, w tym stwardnienia zanikowego bocznego. Dokładność platformy zostanie zweryfikowana przy użyciu technik obrazowania, metod wieloomicznych oraz elektrofizjologii, co umożliwi badanie biologii rdzenia kręgowego, mechanizmów chorób oraz strategii terapeutycznych.

Cel

Current in vitro models of the central nervous system (CNS) fail to recapitulate its intricate structure and function, posing significant challenges to advancing our understanding of neurodevelopmental, neurological, and neurodegenerative diseases. Current 2D cultures, 3D organoids and animal models are limited for studying both healthy and pathological states, slowing progress in neuroscience. New CNS models must integrate advanced biofabrication, innovative bioinks, and cellular engineering to mimic the complex structure, vascular networks, and multi-cellular integration of the CNS.

Recent progress in bioprinting and tissue engineering enable the fabrication of complex structures, while bioinks and biomaterials provide optimal cellular environments for differentiation, and functional integration. Additionally, state-of-the-art imaging and omic technologies have improved the ability to capture detailed structural and cellular data, ensuring that CNS models mimic native CNS architecture and dynamics.

SPINECRAFT will develop a 4D functional human spinal cord construct (hSCC) that replicates the structural complexity and dynamic functionality of the human spinal cord (hSC). Our approach will use advanced imaging and computational techniques to map the architecture and cell distribution of the hSC. Using this information, we will generate human neural and vascular cells alongside bioinks designed to mimic the native microenvironment. We will then print a high-fidelity hSCC, validate it with imaging, multi-omics, and electrophysiology, and integrate patient-specific iPSCs to model amyotrophic lateral sclerosis (ALS) to recapitulate disease-specific microenvironments.

SPINECRAFT represents a paradigm shift in CNS research, providing a versatile platform to study hSC biology, neurodegenerative diseases, and regenerative therapies. This integrative approach will raise the standards of tissue engineering and drive technological advances beyond spinal cord applications.