Projekt megnevezése: Moore-trend az orvostechnikai innovációban (Moore4Medical)
Támogató: Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alap
Kedvezményezettek: Energiatudományi Kutatóközpont (EK MFA – konzorciumvezető), Aedus Space Kft. (AED – konzorciumi tag)
Projekt azonosító: 2019-2.1.3-NEMZ_ECSEL-2020-00005
Konzorciumvezető/Témavezető: Dr. Fürjes Péter
A projekt támogatásának összege: 184 092 955 Ft (EK MFA: 128 030 208 Ft, AED: 56 062 748 Ft)
A projekt összköltsége: 221 468 139 Ft (EK MFA: 128 030 208Ft, AED: 93 437 932 Ft)
Támogatásintenzitás: 83,12%
Futamidő: 2020.06.01-2023.05.31
A projekt rövid leírása:
Napjainkban a gyógyászat, a farmakológia és az elektronika határai egyre inkább elmosódnak. Ezen területek metszetében fejlődő innovatív technológiák hatalmas előrelépést jelentenek az ipar és a társadalom számára is a jobb és megfizethetőbb egészségügy irányába.
A gyógyszeripar a kémiai és biológiai hatóanyagok kutatására, fejlesztésére és tesztelésére fókuszál, amelyek hatékonyságát párhuzamosítható in-vitro biológiai elemzésekkel, vagy roppant költséges in-vivo klinikai vizsgálatokkal validálják napjainkban. Ezek alternatívájaként jelentek meg az „Organ-on-Chip” eszközök, amelyek humán sejteket képesek mikrofluidikai rendszerekben kontroláltan életben tartani és érzékelőkkel folyamatosan figyelni, emberi szervek alapkultúráit megalkotva és a szerv alapvető funkcióját lemásolva. Ezek az eszközök jobb reprezentatív modellt adhatnak a gyógyszertesztekhez, mint a tenyésztett sejtkultúrák, vagy az állatkísérletek.
A Moore4Medical projekt keretében egy fejlett szövettenyésztő tálca prototípusa (smart wellplate platfom) valósul meg, amely mikrofluidikai és elektronikai infrastruktúra kombinálásával – a biotechnológiai és gyógyszeripar által is standard módon használható rendszer formájában – integrálja a speciális Organ-on-chip eszközöket. Az Aedus Kft. az „Organ-on-Chip” eszközöket befoglaló mikrofluidikai rendszer ipari gyártástechnológiájának kifejlesztésében vesz részt. Az Energiatudományi Kutatóközpont a sejtkultúrákat és a sejtek metabolizmusát monitorozó optikai és elektrokémiai szenzorok fejlesztésén és alkalmazásán dolgozik. A teljes fejlesztést a holland Philips Electronics által vezetett 68 tagú 12 országot képviselő konzorcium végzi.
Az autonóm Organ-on-Chip platform használatával a gyógyszer-hatóanyag vizsgálatok egy teljesen új filozófiája honosodhat meg. A projekt víziója és célja, hogy a komplex ám standardizált eszköz alkalmazása jelentős mértékben felgyorsítsa a gyógyszerek fejlesztését és gyógyászati alkalmazását.
A projekt hazai partnerei elsősorban az „Organ-on-Chip – OoC” eszközöket befogadó „smart well-plate – okos mikrotiter tálca” fejlesztésében vesznek rész. Kapcsolódó feladatuk a mikrofluidikai rendszer felépítésének megtervezése és ehhez kapcsolódó ipari gyártástechnológia kidolgozása (AED), valamint speciális, a tápfolyadék monitorozására alkalmas érzékelő rendszer fejlesztése (EK MFA).
Koncepció
A platform számos funkcionális réteget foglal magában. A fedőlemez felépítését tekintve megfelel a hagyományos mikrotiter tálca struktúrájának, azonban lehetővé teszi szenzorokkal ellátott fedél csatlakoztatását. A következő réteg a mikropumpákat is befogadó mikrofluidikai rendszer, amely a folyadékszállítást végzi az integrált mikrofluidikai csatornákon keresztül a hozzá kapcsolt moduláris “OoC” eszközökhöz. A nyomtatott áramköri lapon helyezkedik el a vezérlő és adatfeldolgozó elektronika, a vezeték nélküli kommunikációs egység és a vezeték nélküli tápellátás. Az elektronikai réteg biztosítja az „OoC” eszközök elektromos csatlakozásait is, illetve a közvetlen érzékelő alrendszerek is ehhez a réteghez kapcsolódnak. Az átlátszó alsó lemez lehetővé teszi a mikroszkópiai vizsgálatokat. Az egész eszköz hermetikusan zárt, így biztonságosan és autonóm módon használható inkubátorokban.
Célkitűzések
Az „Organ-on-chip” eszközök legfontosabb funkcióit három fő csoportra oszthatjuk: fejlett sejttenyésztés, elektrofiziológiás stimuláció és vizsgálatok kivitelezése, valamint folyamatos monitorozás/érzékelés.
-„Smart multiwell plate”, ami egy autonóm és precíz in-vitro sejttenyésztő rendszerként működik. Az OoC eszközök perfúzióját, tápfolyadék táplálását mikropumpák és mikrofluidikai infrastruktúra fogják ellátni. A rendszer tartalmazza a meghajtó és vezérlő elektronikákat, és vezeték nélküli kommunikációval és tápellátással rendelkezik. Az eszköz hermetikusan zárt, hogy elkerülhető legyen a keresztkontamináció.
Az AEDUS és az EK MFAfeladata a funkcionális egységet alkotó mikrofluidikai réteg architektúrájának megtervezése és ipari megvalósítási technológiájának kidolgozása. Definiáljuk az „OoC” eszközök és szenzorok fluidikai vonatkozású igényeit. A definíció alapján kialakítjuk a fluidikai architektúra koncepcióját, amely lehetővé teszi az OoC eszközök, a mikorfluidikai pumpák és egyedi érzékelő eszközök csatlakoztatását is. A partnerek létrehoznak egy laboratóriumi prototípust, amely alkalmas részfeladatok ellátására, és a fluidikai funkció előzetes demonstrációjára, majd vizsgálatára. Ezzel párhuzamosan folyik az ipari volumenű gyártáshoz kapcsolódó technológiák lehetőségeinek áttekintése, majd applikáció-specifikus fejlesztése. A fluidikai réteg ipari méretű megvalósítása polimer technológiai megoldásokkal valósulhat meg, amelynek fejlesztésében együtt dolgozunk a nemzetközi konzorcium partnereivel (Microfluidic ChipShop, Micronit). A technológiai fejlesztés során az AEDUS feladata a lézeres polimer hegesztési technológia adaptálása a hermetikus fluidika kialakítása érdekében. Az EK MFA a kialakított rendszerek anyagszerkezeti és strukturális vizsgálataiban vesz részt, illetve az integrációt és a funkcionális teszteket koordinálja.
-Az OoC eszközök alkalmasak a tenyésztett sejtek, szövetek elektrofiziológiai vizsgálatára. Ennek megfelelően nagy felbontású elektródahálózat integrációjára van szükség a chipeken belül, amit mikromechanikai technológiákkal valósíthatunk meg. A konvencionális szilícium vagy üveg felületeken ez a fémezési technológia jórészt megoldott. A komplex mechanikai és elektrofiziológiás stimulációt és mérést biztosító flexibilis polimer felületeken már komoly kihívást jelent a sejtméreteknek megfelelő mikrométeres ábrafinomság biztosítása.
Az AEDUS és az EK MFAegyüttműködésben megvizsgálja a nagy kihozatalt biztosító lézerablációs technika alkalmazhatóságát mikrométeres felbontású fémábrák kialakításához, kifejezetten polimer szubsztrátok alkalmazása mellett. Ez EK MFA mindemellett elemzi a speciális elektrokémiai elektródarendszerek alkalmazhatóságát sejtvizsgálati feladatokra.
-Fejlett érzékelők monitorozzák folyamatosan az OoC eszközökben tenyésztett sejtkultúrák állapotát, viselkedését, válaszukat a bejuttatott hatóanyagokra. Ezen az innovációs úton haladva olyan újszerű integrálható szenzorokat és „OoC” eszközöket fejlesztünk a projekt során, amelyek fejlett érzékelés segítségével biztosítanak folyamatos információt az összetett szerv- és betegségmodellek működéséről.
Önálló alrendszerként valósul meg a projekt során egy optikai méréstechnikán alapuló érzékelő rendszer, amely lehetővé teszi a mikrofluidikai rendszerben áramló tápfolyadék összetételének monitorozását, az összetevők (tápanyag, gyógyszerhatóanyag) koncentrációjának meghatározását. Az optikai méréstechnika fejlesztését az EK MFA végzi, míg a mintaszállító fluidikai rendszer kidolgozásában az AEDUS vesz részt.
A Moore-trend az orvostechnikai innovációban (Moore4Medical) 2019-2.1.3-NEMZ_ECSEL-2020-00005 számú projekt az Innovációs és Technológiai Minisztérium Nemzeti Kutatási Fejlesztési és Innovációs Alapból nyújtott támogatásával, a 2019-2.1.3-NEMZ_ECSEL pályázati program finanszírozásában valósul meg.
A projekt társfinanszírozója az Európai Unió ECSEL JU prograja. A projekt címe: Accelerating innovation in Microfabricated Medical Devices (Moore4Medical) , weblapja: https://moore4medical.eu/
A projekt eredményeiről készült videó az alábbi oldalon megtekinthető: