Projekty badawcze
Dyfuzja sztywnych cząstek i elastycznych polimerów w płynach złożonych
Obserwacja ruchu dostarcza informacji zarówno o poruszającym się ciele, jak i o jego otoczeniu. Zrozumienie mechanizmów ruchu pozwala także przewidywać, jak ciało zachowa się w różnych sytuacjach, oraz wspiera projektowanie nowych urządzeń i technologii. Zasada ta dotyczy nawet ruchu bardzo małych cząstek w wodzie, takich jak białka, które nieustannie zderzają się z otaczającymi je cząsteczkami wody. Niezliczona liczba takich zderzeń sprawia, że ruch cząstki jest niezwykle złożony i w krótkich skalach czasu praktycznie nieprzewidywalny. Po odpowiednio długim czasie z tego chaosu wyłania się jednak wyraźna regularność: cząstka zaczyna podlegać dyfuzji. Albert Einstein i Marian Smoluchowski opracowali teorię opisującą ten proces, w której kluczową wielkością jest współczynnik dyfuzji. W prostych cieczach współczynnik ten zależy głównie od temperatury i lepkości. W złożonych cieczach biologicznych lub przemysłowych klasyczny wzór Einsteina może jednak prowadzić do bardzo dużych rozbieżności. Celem projektu jest opracowanie praktycznego, teoretyczno-eksperymentalnego opisu dyfuzji w cieczach złożonych, ze szczególnym uwzględnieniem fragmentów DNA i elastycznych polimerów. Uzyskane wyniki mogą pomóc w interpretacji eksperymentów prowadzonych w roztworach polimerów i cieczach biologicznych, takich jak cytoplazma komórkowa, wspierając projektowanie cieczy złożonych oraz identyfikację mechanizmów istotnych dla procesów życiowych.
Zobacz projekt
Wspierane projektowaniem odwrotnym biodegradowalne modułowe opatrunki do leczenia ran w warunkach negatywnego ciśnienia
Celem projektu jest opracowanie innowacyjnego, modułowego i częściowo bioresorbowalnego wypełnienia rany, opartego na naturalnych biopolimerach i przeznaczonego do terapii podciśnieniowej (ang. negative pressure wound therapy, NPWT), które pozwoli przezwyciężyć kliniczne ograniczenia konwencjonalnych opatrunków poliuretanowych. Proponowane rozwiązanie ma wspomagać regenerację tkanek, zapobiegać nadmiernemu ziarninowaniu oraz ułatwiać dostęp do rany i jej monitorowanie. W projekcie zostaną zintegrowane najnowocześniejsze metody projektowania obliczeniowego i zaawansowane techniki wytwarzania, w tym wysokoprzepustowe badania przesiewowe hydrożeli, optymalizacja materiałów wspomagana uczeniem maszynowym oraz platformy mikroprzepływowe do precyzyjnego kształtowania struktury porowatej. Synergiczne połączenie tych podejść umożliwi opracowanie wielofunkcyjnych, dostosowanych do konkretnych potrzeb opatrunków, które spełnią wymagania kliniczne i wpiszą się w cele zrównoważonego rozwoju.
Zobacz projektOptomechaniczna transdukcja na potrzeby dojrzewania in vitro i funkcjonalnego wzmocnienia biofabrykowanych mięśni szkieletowych
Projekt OPTI-MUS koncentruje się na opracowaniu zaawansowanych modeli ludzkich mięśni szkieletowych, zdolnych do wierniejszego odtwarzania struktury i funkcji prawdziwej tkanki mięśniowej in vitro. Badania integrują technologie biofabrykacji, mikroprzepływów, fotostymulacji oraz obrazowania w czasie rzeczywistym w celu poprawy fizjologicznego dojrzewania inżynieryjnie tworzonych mięśni szkieletowych. Kluczowym elementem projektu jest opracowanie innowacyjnego modułowego fotobioreaktora, który łączy dynamiczne warunki hodowli z kontrolowaną stymulacją światłem. Do monitorowania dojrzewania mięśni w czasie rzeczywistym wykorzystane są genetycznie zmodyfikowane ludzkie mioblasty. Projekt bada również niegenetyczne strategie fotostymulacji oparte na cząsteczkach światłoczułych, pozwalające wywoływać kontrolowany skurcz mięśni w sposób minimalnie inwazyjny. Zaawansowane analizy proteomiczne i epigenetyczne służą ponadto do badania mechanizmów molekularnych leżących u podstaw dojrzewania mięśni w dynamicznych warunkach hodowli. Głównym celem projektu OPTI-MUS jest opracowanie powtarzalnych i standaryzowanych protokołów umożliwiających wytwarzanie wysoko funkcjonalnych tkanek mięśni szkieletowych in vitro. Opracowana platforma może znaleźć zastosowanie w medycynie regeneracyjnej, modelowaniu chorób, badaniach przesiewowych leków oraz w badaniach nad schorzeniami mięśni.
Zobacz projektCyfrowa produkcja porowatych funkcjonalnych hydrożeli gradientowych zawierających peptydy kodujące funkcje
Projekt ma na celu opracowanie innowacyjnych strategii projektowania oraz cyfrowego wytwarzania trójwymiarowych porowatych funkcjonalnych hydrożeli gradientowych o przestrzennie kontrolowanych właściwościach biochemicznych i biofizycznych. Łącząc mikroprzepływy z zaawansowanymi technologiami druku 3D, badania koncentrują się na tworzeniu biomimetycznych rusztowań zdolnych do odtwarzania strukturalnej złożoności połączeń chrzęstno-kostnych. Szczególną uwagę poświęcono opracowaniu dedykowanych biotuszy zawierających peptydy kodujące funkcję biologiczną, zaprojektowane w celu kierowania różnicowaniem mezenchymalnych komórek macierzystych w kierunku fenotypów osteogennych i chondrogennych. Projekt obejmuje również wytwarzanie niestandardowych mikroprzepływowych głowic drukujących, umożliwiających precyzyjną kontrolę architektury porów, składu materiałowego oraz rozkładu gradientów w obrębie rusztowania. Dzięki integracji bioaktywnych materiałów, kontrolowanych mikroarchitektur oraz cyfrowego wytwarzania powstałe struktury mają wiernie naśladować macierz zewnątrzkomórkową naturalnych tkanek. Głównym celem projektu jest stworzenie wszechstronnej platformy biofabrykacji do wytwarzania inżynieryjnych interfejsów tkankowych o zwiększonej funkcjonalności biologicznej i uporządkowanej strukturze. Ostatecznie badania te mają doprowadzić do opracowania nowej metody biofabrykacji interfejsów tkankowych, umożliwiającej różnicowanie komórek oraz regenerację tkanek.
Zobacz projektPrzełomowa metoda biodruku wspomagana technikami mikroprzepływowymi oraz sztuczną inteligencją: na drodze do stworzenia atlasu modelowania in vitro tkanek ludzkich
W tym projekcie proponujemy opracowanie wysokowydajnego opartego na bibliotekach danych systemu – tak zwanego blueprintu – wytwarzania nowej generacji modeli tkankowych in vitro. Od strony technicznej proponowana platforma umożliwi skanowanie i ilościową ocenę dużo większego zestawu warunków doświadczalnych w porównaniu z obecnie stosowanymi systemami. Co ważne, naszym celem jest opracowanie blueprintu dla określonej tkanki ludzkiej, a mianowicie tkanki mięśni szkieletowych, co umożliwi i) uzyskanie największej funkcjonalności tkanki i potencjału skalowalności oraz ii) nadawanie priorytetu najbardziej efektywnym kosztowo warunkom eksperymentalnym. Projekt będzie realizowany przy zastosowaniu najnowocześniejszych technologii, takich jak techniki mikroprzepływowe, biodrukowanie 3D oraz uczenie maszynowe. Podstawowe założenia naukowe projektu to i) osiągnięcie postępu w lepszym zrozumieniu i kontroli dynamicznych procesów komórkowych związanych z wytwarzaniem sztucznych tkanek oraz ii) opracowanie atlasu morfogenezy sztucznych mięśni in vitro. Wierzymy, że z powodzeniem zrealizowane założenia projektu będą miały średnio- i długoterminowy wpływ społeczno-gospodarczy na różne dziedziny życia, począwszy od opieki zdrowotnej – dzięki opracowaniu nowych terapii leczenia chorób mięśni szkieletowych – po produkcję żywności i ochronę środowiska – dzięki opracowaniu bardziej zrównoważonych metod produkcji mięsa.
Zobacz projektPoznanie mechanizmów elastyczności mięśni szkieletowych w reakcji na stymulację fizyczną dzięki połączeniu biodruku wspomaganego technikami mikroprzepływowymi z wysoko wydajnymi technikami proteomicznymi
Mięśnie szkieletowe są niezwykle adaptacyjną tkanką, jednak mechanizmy molekularne leżące u podstaw ich odpowiedzi na trening fizyczny pozostają nadal słabo poznane. Projekt ten łączy wspomaganą mikrofluidyką biofabrykację 3D z wysokoprzepustową proteomiką w celu tworzenia i oceny biomimetycznych modeli mięśni in vitro. Poprzez poddawanie tych modeli stymulacji mechanicznej i elektrycznej możliwe jest uchwycenie pełnego spektrum zmian adaptacyjnych, których analiza w innych warunkach wymagałaby dużych i kosztownych badań klinicznych opartych na pobieraniu próbek. Monitorowanie w czasie rzeczywistym pozwala śledzić zmiany rozwojowe w miarę ich zachodzenia, natomiast pogłębione profilowanie proteomiczne dostarcza całościowego obrazu molekularnego tego, w jaki sposób inżynieryjnie wytworzone mięśnie ulegają przeprogramowaniu w odpowiedzi na wysiłek fizyczny. Razem te nowoczesne podejścia tworzą skalowalną i opłacalną platformę do precyzyjnego badania biologii plastyczności mięśni. Ostatecznie wyniki tych badań mogą otworzyć nowe możliwości opracowywania ukierunkowanych strategii terapeutycznych w zapobieganiu i leczeniu chorób mięśni szkieletowych.
Zobacz projektMYO-DEMO: Postępy w inżynierii tkanek mięśni szkieletowych: Biologicznie aktywne biotusze do modelowania chorób wywołanych lekami i tworzenia sztucznych biokonstrukcji na żądanie
Projekt MYO-DEMO to ambitny wysiłek mający na celu przezwyciężenie obecnych ograniczeń w inżynierii tkanki mięśniowej. Tworząc szybsze, bardziej niezawodne i realistyczne modele mięśni, projekt ten ma na celu zrewolucjonizowanie podejścia do naprawy mięśni, badań nad chorobami i testowania leków. Innowacyjne połączenie bioaktywnych biotuszów, zaawansowanych technik wytwarzania i rozwiązań w zakresie długoterminowego przechowywania może wywrzeć trwały wpływ na medycynę regeneracyjną i opiekę zdrowotną.
Zobacz projekt