Project

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Cell Patch Technology

Applicant Braschler Thomas
Number 194813
Funding scheme SNSF Professorships
Research institution Département de Pathologie et Immunologie Faculté de Médecine / CMU Université de Genève
Institution of higher education University of Geneva - GE
Main discipline Mechanical Engineering
Start/End 01.10.2020 - 31.08.2023
Approved amount 782'731.00
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All Disciplines (5)

Discipline
Mechanical Engineering
Chemical Engineering
Biomedical Engineering
Material Sciences
Neurophysiology and Brain Research

Keywords (12)

neuron; niche; stroma; hydrogel; stroke; parkinsons; scaffold; neurite; hematopoietic; stretching; transplantation; regenerative

Lay Summary (German)

Lead
Ziel der regenerativen Medizin ist es, erworbenen oder angeborenen Verlust von Geweben, Organen oder deren Funktion mittels biotechnologischer Strategien wie der Stammzellen-Technologie und der Gentherapie wiederherzustellen. Eine grosse Herausforderung besteht aber darin, spezifisch organisierte Zell- und Gewebestrukturen zu implantieren. Wie soll beispielsweise die Zellorganisation und Funktion bewahrt werden, wenn für minimal invasive Anwendungen das Implantat durch dünne Nadeln injiziert werden soll?
Lay summary

 Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts
Unser langfristiges Ziel ist es, „Zell-Patches“ als funktionelle Zell- und Gewebe-Einheiten herzustellen. Sie basieren auf speziell entwickelten schwammartigen Biomaterialien, und können minimal invasiv zur gezielten Reparatur verlorener Funktionalität verwendet werden. Wir verfolgen zwei Szenarien: Zum ersten, die Wiederherstellung verlorener langer Nervenverbindungen in der Parkinson’schen Krankheit. Und zum zweiten, die Transplantation intakter künstlicher Knochenmarknischen, mit ihren lokalen, jedoch intimen Zellwechselwirkungen. Ziel ist hier die Korrektur angeborener Stoffwechselstörungen, jedoch ohne die zur Zeit notwendige Chemotherapie.  

 

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts
Der Verlust von Gewebe- und Organfunktionalität kann dramatische, und teilweise irreversible Folgen haben. Wie etwa aus den motorischen Defiziten von Parkinson-Patienten ersichtlich, führt dies oft zu beträchtlichen Einschränkungen der Lebensqualität, aber auch zu hohen wirtschaftliche Kosten. Es besteht daher ein enormer Bedarf an Möglichkeiten, Gewebe- und Organfunktionalität wiederherzustellen. Die Entwicklung gezielt minimal invasiv implantierbarer Gewebebausteine will diesen Bedarf decken helfen. Unsere Forschung behandelt die grundsätzliche Frage der Schaffung und Transplantation funktioneller Gewebeeinheiten, wir verfolgen aber auch anschliessende klinische Translation durch Zusammenarbeit mit klinischen Laboratorien und Startups.

Direct link to Lay Summary Last update: 27.07.2020

Lay Summary (French)

Lead
La médicine régénérative vise la reconstruction de tissus ou organes. En rapide évolution, elle utilise les biotechnologies modernes, telles la transplantation de cellules souches ou encore le génie génétique. Un grand défi de ce domaine reste la construction et la transplantation d’unités multicellulaires fonctionnelles. Par exemple, comment faut-il créer et conserver l’organisation spatiale et la fonctionnalité d’unités tissulaires lors de l’injection à travers une aiguille durant une implantation minimalement invasive ?
Lay summary
Contenu et objectifs du travail de recherche

Le but de ce projet est de synthétiser des « Patchs cellulaires » fonctionnels et implantables. Composées de cellules structurées sur un biomatériau spongieux, ces briques se prêtent à l’implantation minimalement invasive. Nous développons cette approche dans différents contextes : Premièrement, il s’agit de créer des connexions neurales à long distance, par extension mécanique. Le but est de reconnecter des régions cérébrales déconnectées dans la maladie de Parkinson. Un deuxième but est le développement des niches de moelle osseuses implantables, protégeant l’organisation cellulaire locale. Nous visons ici la correction de maladies métaboliques innées, tout en évitant la chimiothérapie à présent nécessaire pour la libération de la moelle osseuse.

Contexte scientifique et social du projet de recherche

La perte de tissus et organes est à l’origine d’une morbidité significative, comme par exemple la perte de motricité dans la maladie de Parkinson. Ceci engendre aussi d’importants coûts médicaux directs et indirects. Il existe donc un énorme besoin de nouvelles techniques ciblées pour réparer les tissus lésés et restaurer leur fonction.  Ce projet de recherche vise à mettre à disposition des « cell patches », des briques de reconstruction cellulaire et tissulaire, pour subvenir à ce besoin. Il s’agit de développements fondamentaux, avec néanmoins des partenariats avec des laboratoires cliniques et des start-ups afin d’établir simultanément les bases de translation clinique.
Direct link to Lay Summary Last update: 27.07.2020

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
An Injectable Meta‐Biomaterial: From Design and Simulation to In Vivo Shaping and Tissue Induction
Béduer Amélie, Bonini Fabien, Verheyen Connor A., Genta Martina, Martins Mariana, Brefie‐Guth Joé, Tratwal Josefine, Filippova Aleksandra, Burch Patrick, Naveiras Olaia, Braschler Thomas (2021), An Injectable Meta‐Biomaterial: From Design and Simulation to In Vivo Shaping and Tissue Induction, in Advanced Materials, 33(41), 2102350-2102350.
Cryogel-based Injectable 3D Microcarrier Co-culture for Support of Hematopoietic Progenitor Niches
TavakolDaniel Naveed, BoniniFabien, TratwalJosefine, GentaMartina, Brefie-GuthJoé, BraschlerThomas, NaveirasOlaia, Cryogel-based Injectable 3D Microcarrier Co-culture for Support of Hematopoietic Progenitor Niches, in Current Protocols.

Datasets

Data: An Injectable Meta-biomaterial: From Design and Simulation to In-vivo Shaping and Tissue induction

Author Béduer, Amélie; Bonini, Fabien; Verheyen, Connor; Genta, Martina; Martins, Mariana; Brefie-Guth, Joe; Tratwal, Josefine; Filippova, Aleksandra; Burch, Patrick; Naveiras, Olaia; Braschler, Thomas
Persistent Identifier (PID) 10.5281/zenodo.4936976
Repository Zenodo
Abstract
This Zenodo repository contains both raw data and runnable code for the manuscript "An Injectable Meta-biomaterial: From Design and Simulation to In-vivo Shaping and Tissue induction". The runnable code is best executed directly at CodeOcean (a link will be configured here upon publication of the manuscript). Alternatively, CodeOcean capsules are Docker images and can be run locally after download and unzipping. The full CodeOcean capsule is stored here as "CodeOceanCapsule_Injectable_meta_biomaterial.zip", it contains all the information and data to full reproduce the evaluation underpinning the manuscript "An injectable meta-biomaterial".

Neurothreads: development of supportive carriers for mature dopaminergic neuron differentiation and implantation

Author Filippova, Aleksandra; Bonini, Fabien; Efremov, Liudmila; Locatelli, Manon; Preynat-Seauve, Olivier; Béduer, Amélie; Krause, Karl-Heinz; Braschler, Thomas
Persistent Identifier (PID) 10.5281/zenodo.4441090
Repository Zenodo
Abstract
Raw data for the publication:Neurothreads: development of supportive carriers for mature dopaminergic neuron differentiation and implantation

An Injectable Meta-Biomaterial

Author Béduer, A; Bonini, F; Verheyen, C; Genta, M; Martins, M; Brefie-Guth, J; Filippova, A; Burch, P
Publication date 05.07.2021
Persistent Identifier (PID) 10.24433/CO.6934377.V1
Repository CodeOcean
Abstract
CodeOcean capsule for reproducible evaluation of the raw data associated with the manuscript : "An Injectable Meta-biomaterial: From Design and Simulation to In-vivo Shaping and Tissue induction" at https://doi.org/10.1002/adma.202102350.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
EPFL - LMIS4 Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
- Exchange of personnel
HUG - Service Neurochirurgie Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
Pascal Senn - UNIGE Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
UNIGE Pierre Fontana Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
- Exchange of personnel
Karl-Heinz Krause UNIGE Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
- Exchange of personnel
Olaia Naveiras Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
- Exchange of personnel
Camilla Bellone - UNIGE Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
- Industry/business/other use-inspired collaboration
Michael Pepper - Pretoria South Africa (Africa)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
HEPIA - Luc Stoppini Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
EPFL - Volumina Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
- Exchange of personnel
- Industry/business/other use-inspired collaboration

Awards

Title Year
MassChallenge Switzerland, start-up incubator program, Top 20 among the 100 pre-finalists: 12 hours IP lawyer in-kind award. 2021
Ucreate3: HUB start-up incubator program, from February to June 2021: final pitch, 8th of June 2021 by Zoom 2021

Use-inspired outputs

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
163684 Brain Patch Technology 01.10.2016 SNSF Professorships
202246 Harnessing dendritic cell infiltration in breast cancer for improved immunotherapy. 01.11.2021 Sinergia
183725 Mesenchymal and metabolic manipulation of yellow to red bone marrow transitions: clinical implications for benign and malignant hematology 01.12.2018 SNSF Professorships

Abstract

The project aim is to enable transplantation of intact organized cellular structures that in-vivo permit vascularization. Based on succesful results obtained during the Brain Patch Technology research period, we apply injectable scaffold technology to intact transfer of engineered hematopoietic stem cell niches. Due to maintenance of interaction of the stromal cells and the hematopoietic stem cells, this injectable artificial bone marrow should enhance hematopoietic stem cell therapy for genetic correction in chronic granulomatous disease. We will also develop neural stitches to test whether our system enables transplantation of long-range organized neural connections, to for example Parkinson's disease by re-establishing lost dopaminergic connections.
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