Opći podaci o projektu
Naziv projekta: Lighting the way towards in situ osteochondral regeneration through microextrusion and filamented light bioprinting (LUMINATE)
Koordinator projekta: Universita di Pisa, Italy
Voditelj projekta MF: prof. dr. sc. Davor Ježek, dr. med.
Ustrojbena jedinica voditelja projekta MF: Zavod za histologiju i embriologiju, Sveučilište u Zagrebu Medicinski fakultet
Partneri na projektu:
1. Erasmus universitair medisch centrum Rotterdam, Nizozemska;
2. Universitair medisch centrum Utrecht, Nizozemska;
3. Universitaetsklinikum Wuerzburg - klinikum der bayerischen Julius-Maximilians-Universitat, Njemačka;
4. Fraunhofer gesellschaft zur forderung der angewandten forschung EV, Njemačka;
5. Katholieke universiteit Leuven, Belgija;
6. Sveučilište u Zagrebu Prirodoslovno-matematički fakultet, Hrvatska s podpartnerima:
Sveučilište u Zagrebu Medicinski fakultet, Hrvatska;
Sveučilište u Zagrebu Veterinarski fakultet, Hrvatska;
7. BIO INX, Belgija;
8. Optical business & services fiber, Francuska;
9. insideAI srl, Italija;
10. Universitat de Barcelona, Španjolska;
11. European fund management consulting OÜ, Estonija.
Trajanje projekta: od 1. siječnja 2025. do 31. prosinca 2028. (48 mjeseci)
Ukupni iznos sredstava projekta: 7.459.148,75 €
Poziv i kod projekta: 101191804
Sažetak projekta
Traumatske ozljede osteohondralnih tkiva dijartrodijalnih zglobova, poput koljena, uzrokuju bol, funkcionalna oštećenja te povećan rizik od razvoja posttraumatske osteoartritisa (PTOA) i njegovih komorbiditeta. Trenutni tretmani, koji se temelje na transplantatima bez stanica ili staničnim terapijama, skupi su i često ograničene dostupnosti, što u konačnici dovodi do totalne artroplastike kako bi se ublažila bol i vratila funkcija zgloba. Međutim, kod mladih aktivnih pacijenata rizik od revidiranja ovih implantata neprihvatljivo je visok, što predviđa nadolazeću epidemiju revizijskih operacija kada ti implantati počnu otkazivati. LUMINATE predlaže personalizirani, jednodijelni regenerativni pristup za liječenje velikih osteohondralnih lezija, čime bi se spriječio razvoj PTOA i izbjegle skupe i invazivne operacije artroplastike. U sklopu projekta LUMINATE razvijat će se EndoFLight, inovativna in situ bioprinting jedinica nove generacije, koja objedinjuje tri tipa alata (mikro-ekstruziju, filamentiranu svjetlost i mlazno ispisivanje) za ispis fotoosjetljivih smola s pacijentovim vlastitim stanicama izravno na mjestu ozljede. EndoFLight koristi filamentiranu svjetlost za bioprintanje visoko arhitektonskih skela s izvanrednim svojstvima vođenja stanica u samo nekoliko sekundi. U kombinaciji s mikro-ekstruzijom i mlaznim alatima u artroskopskom okruženju, moguće je istovremeno deponirati više biomaterijala, biomolekula i različitih tipova stanica, uz svjetlosno potpomognuto umrežavanje složenih struktura izravno in vivo na minimalno invazivan način. Cijeli postupak bit će opširno validiran u ljudskom relevantnom in vivo modelu velikih životinja, čime će se omogućiti klinička primjena nakon završetka projekta. Iskorištavanje rezultata osigurat će se kroz analizu tržišta, osnivanje spin-off tvrtke koja će komercijalizirati rezultate projekta te analizu regulatornih aspekata svih komponenti bioprinting sustava.
Opis projekta
LUMINATE odgovara na potrebu za „dobrim zdravljem i visokokvalitetnom dostupnom zdravstvenom skrbi“, demonstrirajući potencijal inovativne tehnologije za regenerativnu medicinu, nudeći inovativan alat za preciznu rekonstrukciju složenih arhitektura zglobne hrskavice izravno u OC leziji, čime se potiče in situ regeneracija. Kao takav, omogućiti će dizajniranje tkiva i cjelokupne bioprinting tehnologije koja će biti dostupna ortopedima te poboljšati postojeću endoskopsku opremu, čime će se omogućiti jednofazni terapijski postupak za liječenje OC lezija. U konačnici, jedan od ciljeva projekta je plasiranje nove LUMINATE tehnologije na tržište, kroz promicanje bioprinting sustava duž cijelog vrijednosnog lanca i životnog ciklusa. LUMINATE podržava razmjenu podataka i validaciju novih metoda i modela na međulaboratorijskoj i međunarodnoj razini te u konačnici predstavlja ključnu osnažujuću tehnologiju koja može podržati nove regulative i standarde. To prvo dovodi do konkretnih rezultata projekta, a kasnije do značajnih učinaka na znanstvenu izvrsnost (napredak u regenerativnoj medicini, klinički prijenos medicine utemeljene na dokazima, novi pristupi regeneraciji tkiva), sigurnosnu i održivostnu procjenu alata i nove tehnologije, nove poslovne prilike u biomedicinskoj tehnologiji (smanjenje troškova zdravstvene skrbi, otvaranje novih radnih mjesta, manja potrošnja energije) te poboljšanje kvalitete života pacijenata s OC lezijama.
Ciljevi projekta
LUMINATE će uvesti personalizirani, jednodijelni regenerativni pristup usmjeren na velike lezije osteohondralnog tkiva (OC) koljena nastale uslijed traumatskih događaja ili mehaničkog preopterećenja. Kroz svoje rješenje, LUMINATE ima za cilj spriječiti razvoj posttraumatskog osteoartritisa (PTOA) i izbjeći skupe i invazivne kirurške zahvate artroplastike. Kako bi postigao ovaj cilj, LUMINATE će razviti revolucionarnu 3D bioprinting jedinicu nazvanu EndoFLight, koja kombinira multimaterijalne i višerazinske bioprinting alate (mikroekstruzija, filamentirana svjetlost, mlazno ispisivanje) za ispis fotoosjetljivih smola obogaćenih alogenim i pacijentovim vlastitim stanicama izravno na mjestu ozljede, pri čemu se rekonstruira funkcionalna arhitektura zdrave zglobne hrskavice. EndoFLight će imati optički senzor za segmentaciju defekta i bit će kompatibilan s komercijalnim artroskopskim instrumentima (kruti troakar za umetanje), čime će omogućiti minimalno invazivni kirurški zahvat. In silico modeli podržavat će razvoj cijelog projekta. Bioprintani konstrukt bit će temeljito karakteriziran in vitro i putem testiranja eksplantata (in vitro i na modelu miša), dok će se bioprinting sustav (fotoosjetljive smole s ugrađenim stanicama, EndoFLight) validirati za upotrebljivost na fantomima te za biološku izvedbu na predkliničkom modelu velikih životinja koji je relevantan za ljude. Kako bi se maksimalno iskoristili rezultati, unutar projekta ćemo izraditi dugoročan poslovni plan sa svim potrebnim komponentama za ulazak na tržište, dok će se spin-off tvrtka registrirati u trećoj godini projekta, koja će zajedno s malim i srednjim poduzećima (SME) osigurati da rezultati projekta i inovacije dođu na tržište. Konačno, tijekom cijelog projekta provodit ćemo dubinsku analizu regulatornih aspekata svih komponenti bioprinting sustava u cilju njihove kliničke primjene nakon završetka projekta.
Metodologija istraživanja
LUMINATE će raditi na postizanju svojih specifičnih ciljeva (SOs) slijedeći visoko organiziranu metodologiju:
- Razvoj EndoFLight-a kao minimalno invazivnog alata za in situ popravak OC lezija
Kako bi omogućili in situ bioprinting, razviti ćemo prvu takve vrste bioprinting jedinicu, nazvanu EndoFLight, koja će omogućiti višerazinsko i multimaterijalno bioprintanje izravno na OC leziji i unutar nje. EndoFLight će biti dizajniran i proizveden tako da bude kompatibilan s komercijalnim artroskopskim instrumentima, s ciljem maksimiziranja potencijala za kliničku primjenu nakon završetka projekta. Flight alatna glava koristit će fleksibilnu optičku vlaknenu tehnologiju za prijenos svjetlosti iz svjetlosnog izvora, koji se sastoji od niza zrcala i leća, fokusirajući svjetlo prema vlaknu i vrhu EndoFLight jedinice.
- Razvoj novih bio-smola i foto-smola za poticanje in situ regeneracije OC tkiva
Razvit će se dvije različite foto-smole: jedna za kost i druga za hrskavični dio OC tkiva. S kompozicijskog stajališta, koštana foto-smola bit će kombinacija želatine uz dodatak nano-hidroksiapatita, dok će se za hrskavični sloj koristiti želatina pomiješana s hijaluronskom kiselinom. Ovi materijali su odabrani jer su prirodni polimeri s izvrsnom biokompatibilnošću.
- Razvoj bioprinting terapije temeljenje na stanicama, kompatibilne s jednofaznom ortobiološkom regeneracijom
LUMINATE se fokusira na razvoj personaliziranih bioprintanih skela za pacijente, osiguravajući precizno podudaranje defekta zahvaljujući prilagođenoj arhitekturi. Validacija bioprintanih skela EndoFLight-a uključivat će testiranje s goveđim OC eksplantatima u bioreaktoru in vitro, in vivo testiranja na modelu polu-ortotopijskih OC defekata kod miševa, kao i na ljudskom relevantnom modelu kod ovaca.
- Stvaranje uvjeta za uspješnu skalabilnost i kliničku primjenu LUMINATE sustava
Usklađenost s GMP smjernicama, uz MDR i ISO regulative (poput ISO 8600 za endoskopske uređaje), ključna je za olakšavanje brze translacije LUMINATE rezultata u kliničku primjenu. U tu svrhu prikupljeni podaci integrirat će se u IMP dosje za autolognu primjenu ATMP-a, kao i u tehničke datoteke za EndoFLight i SaMD.
Očekivani rezultati
Glavni ishodi projekta LUMINATE bit će: i) jedinstveni artroskopski alat koji uključuje EndoFLight, koji se sastoji od ispisnih alatnih glava (mikroekstruzija, filamentirana svjetlost, mlazno ispisivanje) i optičkog senzora za snimanje mjesta lezije, detekciju defekta i automatski izračun potrebnog volumena materijala za depoziciju korištenjem algoritama umjetne inteligencije (AI); ii) nove fotoumrježavajuće, biokompatibilne foto-smole s ugrađenim stanicama za regeneraciju koštanog i hrskavičnog sloja OC tkiva, posebno prilagođene za ubrzavanje sazrijevanja tkiva i postizanje krutosti i organizacije matriksa slične prirodnom tkivu. Dugoročno, LUMINATE će ortopedskim kirurzima ponuditi napredne regenerativne metode za preciznu rekonstrukciju složene arhitekture OC tkiva izravno u leziji, čime će se potaknuti in situ regeneracija.
Projektni tim
MEFZG: prof. dr. sc. Davor Ježek, dr. med.