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

Descrizione del progetto

Una piattaforma individua gli stimoli ottimali per favorire la formazione ossea

I muscoli stimolano la formazione ossea attraverso il carico meccanico e tramite segnali biochimici quali le miochine rilasciate nel flusso sanguigno. I modelli attuali non gestiscono adeguatamente questi segnali meccanici e chimici. Con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto BONE-TUNE mira a colmare questa lacuna. Verrà sviluppato un organoide muscolo-osseo umano su chip in grado di fornire stimoli meccanici e biochimici calibrati, sia separatamente che congiuntamente, mentre un «microtessuto» osseo comunica il suo stato in tempo reale. Un modello computazionale associato imparerà a regolare automaticamente i parametri di ingresso per mantenere il tessuto osseo in modalità di formazione. Grazie all’utilizzo di anelli muscolari optogenetici e di tessuto osseo perfuso, la piattaforma consentirà ai professionisti di testare protocolli di «allenamento» al fine di ottenere risultati ottimali.

Obiettivo

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.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

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

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) HORIZON-MSCA-2025-PF

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Coordinatore

EIDGENOESSISCHE TECHNISCHE HOCHSCHULE ZUERICH
Contributo netto dell'UE
€ 292 118,88
Indirizzo
Raemistrasse 101
8092 Zuerich
Svizzera
Regione
Schweiz/Suisse/Svizzera Zürich Zürich
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
Nessun dato