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A Human Muscle-Bone Organoid-on-Chip to Study Bone Mechano- Adaptation via Optogenetic Control

Description du projet

Une plateforme apprend des entrées optimales pour favoriser la formation osseuse

Les muscles induisent la formation osseuse par le biais de la charge mécanique et par des signaux biochimiques tels que les myokines libérées dans le flux sanguin. Les modèles actuels ne gèrent toutefois pas correctement ces signaux mécaniques et chimiques. Avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet BONE-TUNE entend combler cette lacune. Il va développer un organoïde muscle-os humain sur puce capable de fournir des entrées mécaniques et biochimiques calibrées indépendamment ou ensemble, tandis qu’un «microtissu» osseux indiquera son état en temps réel. Un modèle informatique associé apprendra à automatiquement ajuster les entrées pour maintenir le tissu osseux en mode de construction. Exploitant des anneaux musculaires optogénétiques et des tissus osseux perfusés, la plateforme permettra aux professionnels de tester des protocoles d’exercice pour des résultats optimaux.

Objectif

Fragility fractures and osteoporosis erode independence and drive healthcare costs. Muscle activity supports bone through mechanical strain and myokines such as irisin, but current models cannot separate these signals or recombine them with the precision needed to design effective, human-relevant regimens. What is missing is a platform that can measure, predict, and actively steer osteogenesis.
BONE-TUNE builds that link. It develops a human muscle-bone organoid-on-a-chip where mechanical loading and muscle-derived biochemical cues are delivered either independently or synchronised, while a bone microtissue reports its state in real time. It integrates optogenetic muscle rings for light-controlled contractions and a biodegradable, microstructured bone microtissue under perfusion to enhance biological fidelity. Using calibrated inputs and live readouts, a compact computational model is trained to translate any candidate “exercise recipe” into a single osteogenic index. The model then closes the loop, automatically adjusting loading and myokine pulses to hold the tissue in an anabolic window as properties evolve, an adaptive “exercise machine on a chip.”
The objectives are to quantify how muscle-derived strain and myokines act alone and together; to deliver a validated guidance tool that predicts outcomes for unseen regimens and yields a mechanics×myokines×timing response map; and to demonstrate real-time control that outperforms the best open-loop schedule. Outputs include a reusable chip and dataset, open software with look-ups from target strain to actuator settings, and practical dosing rules, including rest, that rehabilitation and preclinical teams can test.
By shifting mechanobiology from description to prescription, BONE-TUNE provides human-relevant, model-guided mechanotherapy protocols, helps reduce exploratory animal use in line with the 3Rs, and accelerates progress toward smarter rehabilitation and exercise–drug regimens to curb bone loss.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) HORIZON-MSCA-2025-PF

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Coordinateur

EIDGENOESSISCHE TECHNISCHE HOCHSCHULE ZUERICH
Contribution nette de l'UE
€ 292 118,88
Adresse
Raemistrasse 101
8092 Zuerich
Suisse
Région
Schweiz/Suisse/Svizzera Zürich Zürich
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
Aucune donnée