Titel Promotor Affiliaties "Korte inhoud" "Compacte nanofotonische biosensoren gebaseerd op geïntegreerde lichtbronnen en detectoren." "Pol Van Dorpe" Kwantum-vastestoffysica "Optische instrumentatie speelt een sleutelrol in biowetenschappelijk onderzoek en diagnostiek. Optische technieken gebaseerd op fluorescentie, absorptie, spectroscopie, microscopie etc. worden routinematig gebruikt in de klinische praktijk. Omwille van prestatie-, kosten- en vormfactor wordt vrije-ruimte-optica de laatste tijd steeds vaker vervangen door geïntegreerde fotonica, waarmee een breed scala aan optische functionaliteit op een kleine chip kan worden geïntegreerd, waardoor de kosten worden verlaagd en de functionaliteit per gebied wordt vergroot. Vooral op gebieden als DNA-sequencing heeft dit geleid tot nieuwe doorbraken in de toepassingsruimte. Terwijl zowel passieve als actieve nanofotonische circuits nu in verschillende pilootlijnen kunnen worden gefabriceerd, blijft de integratie van lichtbronnen en detectoren achter. Inderdaad, het verpakken van de chips om te communiceren met bronnen en detectoren is momenteel het knelpunt en beperkt een bredere acceptatie in het veld. In dit doctoraatsproject zullen we gebruik maken van deze geïntegreerde bronnen en detectoren en fotonische geïntegreerde schakelingen bouwen voor specifieke toepassingen in de levenswetenschappen, zoals fluorescerende biosensoren en cellulaire cytometrie. De circuits zullen rekening moeten houden met de toepassingsvereisten, de interface met de geïntegreerde bronnen/detectoren en de mogelijke parasitaire effecten die hierdoor worden veroorzaakt. Het werk omvat zowel systeem- als apparaatmodellering en experimentele validatie van de apparaatconcepten." "ThermoSens: Thermisch biosensoren op weg van principes naar toepassingen" "Patrick Wagner" "Fysica van Zachte Materie en Biofysica" "Dit project behandelt twee innovatieve biosensor-concepten waarin temperatuurgradiënten en thermische golven de centrale rol spelen. Eukaryote cellen laten spontaan en collectief los van een verwarmde chip op een tijdstip dat informatie bevat over het celtype, de nutritionele toestand en de respons op chemische producten. Het project tracht het mechanisme van het loslaten en de rol van celmembranen te achterhalen; ook wordt de invloed van farmaca op levercellen bestudeerd. De hot-wire sensor maakt gebruikt van moleculaire veranderingen aan het raakvlak tussen een vaste stof en een vloeistof die de warmteoverdracht tussen beide sterk beïnvloeden. Hierbij wordt de 3ω methode toegepast op microdraden die met bio-receptoren worden gefunctionaliseerd om bv. residuen van geneesmiddelen in oppervlakwaters te detecteren. Voor grotere targets zoals bacteriën wordt een nieuw receptortype ontwikkeld dat afgestemd is op de combinatie met microdraden." "Het ontwerp van affiniteits-gebaseerde nanoswitchen op optische vezel-gebaseerde biosensoren voor het continu opmeten van biomerkers." "Jeroen Lammertyn" "Mechatronica, Biostatistiek en Sensoren (MeBioS)" "Biomerkers worden routinematig opgemeten in verscheidene disciplines en industrieën zoals de gezondheidszorg, milieuanalyse, biotechnologie en voedings- en drankindustrie, aangezien het diagnose, interventie, en kwaliteitscontrole mogelijk maakt. Het opmeten van deze merkers berust momenteel echter op verscheidene tijdrovende stappen, waaronder het nemen en transporteren van een staal, gevolgd door de voorbereiding en analyse ervan, en uiteindelijk het rapporteren van de data, waardoor een snelle diagnose en interventie niet mogelijk is. Hoewel continue biosensoren deze limitaties kunnen voorkomen door real-time informatie over de concentraties van biomerkers te verstrekken, staat de ontwikkeling van dergelijke biosensoren momenteel nog in zijn kinderschoenen. Daarom is het doel van dit project om een nieuwe continue biosensor te ontwikkelen, door verscheidene affiniteits-gebaseerde nanoswitchen te ontwikkelen, en deze te combineren met een nieuwe methode voor signaal generatie die berust op de beweging van gouden nanopartikels op 'fiber optic surface plasmon resonance'-gebaseerde sensoren. Hiervoor zullen voorspellende modellen gecombineerd worden met empirisch verkregen data, wat zal resulteren in een innovatieve en generieke biosensor die gebruikt zal kunnen worden voor verscheidene doelwitmoleculen en applicaties. " "NanoBlocks: biosensoren gebaseerd op nanobodies" "Peter Dedecker" "Biochemie, Moleculaire en Structurele Biologie" "Levende systemen zijn complex. Met biosensoren kunnen we deze complexiteit in de levende cel visualiseren door de aanwezigheid van een doelstimulus om te zetten in een optisch signaal. Deze moleculen bieden een enorm potentieel om levende systemen beter te begrijpen, maar worden beperkt door het feit dat ze maar heel weinig stimuli kunnen herkennen en moeilijk te generaliseren zijn.We stellen voor om deze mogelijkheden drastisch uit te breiden door biosensoren te ontwikkelen op basis van nanobodies, antilichaamachtige moleculen die selectief een zeer brede variëteit aan doelwitten herkennen. In het bijzonder moet onze methodologie het mogelijk maken om een biosensor te ontwikkelen van elk willekeurig nanobody, waardoor het mogelijk wordt om de chemische processen die plaatsvinden in levende cellen beter te begrijpen. Naast het ontwikkelen van deze systemen, willen we deze ook toepassen bij de studie van kanker en op G-eiwit gebaseerde signalering, in samenwerking met een internationaal team van vooraanstaande wetenschappers." "Opheldering van de moleculaire dynamiek van borstweefsel herstructurering en tumorinitiatie met behulp van multiplex biosensoren in een nieuw vertakt borstorganoïde systeem." "Colinda Scheele" "Laboratorium voor Intravitale Microscopie en Dynamiek van Tumorprogressie (VIB-KU Leuven)" "De borstklier is een vertakt orgaan dat gedurende het leven uitgebreide veranderingen ondergaat. Het regeneratieve vermogen van de borstklier brengt een risico met zich mee aangezien de veranderingen in weefselarchitectuur ook aan de basis liggen van accumulatie van oncogene mutaties. Hoewel morfologisch goed beschreven, zijn de moleculaire routes die morfologische en functionele veranderingen aansturen nog steeds slecht begrepen. Organoïde modellen zijn een krachtig middel om inzicht te krijgen in weefselmorfogenese. De huidige beschikbare borstorganoïde cultuurprotocollen resulteren echter in eenvoudige structuren die niet lijken op de vertakte morfologie van de borstklier. Om dynamische veranderingen van de borstklier op moleculair niveau te bestuderen heb ik een protocol ontwikkeld om complexe vertakte borstorganoïden te verkrijgen die ex vivo monitoring van borstmorfogenese mogelijk maken. Om de moleculaire signaalroutes te ontrafelen die herstructurering van de borstklier stimuleren, zal ik dit nieuwe organoïde model combineren met verschillende signaleringsreporters en timelapse-microscopie. Ik zal dit combineren met deletie van BRCA1, een oncogene driver, om zo de moleculaire dynamiek op te helderen die de vorming van borsttumoren stimuleert. Met de dynamische informatie verkregen door de biosensoren in de vertakte organoiden zal ik een 4D-kaart maken van signaleringsroutes die een rol spelen in de veranderingen van de borstklier tijdens tumorinitiatie." "Zelfherstellende flexibele biosensoren voor microgolf diëlektrische spectroscopie" "Stan Skafidas, Dominique Schreurs" "Waves: Core Research and Engineering (WaveCore)" "Microgolfmicrofluïdische sensoren komen naar voren als een goedkoop en draagbaar diagnose-instrument in vergelijking met de conventionele en omvangrijke optische technieken. De haalbaarheid van diëlektrische microgolfspectroscopie is al aangetoond, maar de gerapporteerde biosensoren werden geïmplementeerd op stijve microgolfsubstraten, waardoor het aantal soorten exemplaren dat kan worden gemeten, wordt beperkt. Om karakteriseringen in bio-incubators en/of putplaten te verbeteren, is het essentieel om additieve fabricagetechnieken te onderzoeken om flexibele maar robuuste biosensoren te bereiken. De beoogde aanpak is metaalprinten op een flexibel materiaal met zeer goede microgolfeigenschappen, zoals PDMS. Omdat er tijdens het buigen microscheurtjes kunnen ontstaan, zullen zelfherstellende technieken met behulp van Galinstan worden onderzocht. De uitdaging is niet alleen om zo'n robuuste flexibele microgolfsensor te ontwerpen, maar ook om de inertie ervan te verzekeren met betrekking tot biologische exemplaren op waterbasis. Om de diagnosenauwkeurigheid te verbeteren, moet ook een temperatuursensor in de biosensor worden ingebouwd. Dit doctoraatsonderzoek bouwt voort op de complementaire expertise op het gebied van microgolfbiosensorontwerp en diëlektrische spectroscopie aan de KU Leuven, en de kennis over additieve fabricagetechnieken aan de Universiteit van Melbourne." "Een generisch platform voor de ontwikkeling van fluorescente biosensoren gebaseerd op aangepaste recombinante binders." "Peter Dedecker" "Biochemie, Moleculaire en Structurele Biologie" "Genetisch gecodeerde fluorescente biosensoren zijn essentiële hulpmiddelen voor de in situ visualisatie en studie van chemische processen die plaatsvinden in levende cellen en meer complexe organismen. Er zijn momenteel echter weinig goedwerkende biosensoren beschikbaar omdat ze eiwitdomeinen vereisen die grote conformatieveranderingen vertonen als reactie op de stimulus, die moeilijk te vinden zijn. We stellen een strategie voor om biosensoren te ontwikkelen tegen een veel bredere verscheidenheid aan doelwitten, door nanobodies, specifieke varianten van antilichamen, zodanig te modificeren dat binding aan het doelwit resulteert in een sterke conformatieverandering. Deze conformatieverandering wordt vervolgens gebruikt om de emissie van een fluorescerende groep te moduleren, waardoor een fluorescerende biosensor wordt geleverd die volledig genetisch gecodeerd is en die gemakkelijk in cellen tot expressie kan worden gebracht. De beoogde strategie kan worden gecombineerd met elk nanobody dat nu of in de toekomst beschikbaar is, waardoor in situ biosensing wordt geopend voor een ongekende reeks doelen. De voorgestelde systemen zullen worden gedemonstreerd door beeldvorming van intracellulaire processen en door het visualiseren van de respons van tumoren op immunotherapie. Dit werk zal onze mogelijkheden voor het visualiseren van levende-celprocessen drastisch vergroten en tevens de basis vormen voor uitgebreid vervolgonderzoek." "CaliBrainVR - Een kalibratietool voor het gebruik van biosensoren bij virtual reality training & simulaties" "Lieven De Marez" "Vakgroep Communicatiewetenschappen" "Het gebruik van biosensoren bij VR/AR/MR training applicaties en simulaties om de cognitieve en emotionele toestand van een gebruiker af te leiden is in opmars, wat zich uit in snelgroeiend marktpotentieel voor zowel hardware producenten van biosensoren als bedrijven die intern of extern opleidingen aanbieden. De accuraatheid en betrouwbaarheid van de interpretatie van de psychofysiologische signalen voor een bepaald individu is echter vaak nog ondermaats. Dit heeft te maken met interindividuele verschillen die niet in rekening worden gebracht, omdat er geen individuele ijking of kalibratie plaatsvindt voor de training/simulatie begint. Via dit ConnecTT-project willen we een functioneel prototype van een kalibratietool opleveren die toelaat om op korte termijn valorisatie te realiseren. Daarnaast willen we een duidelijk valorisatietraject definiëren op basis van een licentiemodel voor ontwikkelaars van VR/AR/MR trainingsapplicaties." "Biosensoren van de volgende generatie voor luminescentie, levenslange beeldvormende organoïde-engineering" "Ruslan Dmitriev" "Vakgroep Structuur en Herstel van de Mens" "Vooruitgang in moleculaire beeldvorming van weefselmanipulatieconstructies wordt momenteel beperkt door de slechte realisatie van de biocompatibiliteit van sensoren (ontwerp, levering, toxiciteit en prestatie binnen het biologische materiaal) en het ontbreken van gestandaardiseerde, goed aanvaarde testprocedures. Ik zal deze kwesties aanpakken door te profiteren van het recente pionierswerk van mijn fractie op het gebied van luminescentie, levenslange beeldvormingsmicroscopie van weefselmanipulatie van organoïden afkomstig van volwassen stamcellen. Mijn project zal zich richten op het ontwerp van biosensor-scaffolds, hun uitgebreide evaluatie in multi-parameter fluorescentie (FLIM) en fosforescentie (PLIM) microscopie, consolidatie en optimalisatie van de beeldvormingsworkflow. Gezamenlijk zal deze methodologie het mogelijk maken om extracellulaire, cellulaire, luminale en microbiota-afgeleide signalen te beoordelen (oxygenatie, redox, verzuring, mitochondriale functie, in kaart brengen van verschillende subpopulaties van levende prolifererende cellen) in de biofilms, intestinale organoïden ('mini-gut') en andere ex vivo / in vivo modellen die worden gebruikt in de microbiologie, weefselmanipulatie en regeneratieve geneeskunde. De nieuwe 'biosensor-toolkit' zal onmiddellijk worden betrokken bij bioprinting en fysiologische studies van stamcelnichemetabolisme in intestinale organoïden, zoals nauwkeurige live-mapping en modellering van O2-, pH-, calcium- en glucosegradiënten, gericht op de effecten van vitamine D3-tekort op de stamcel niche veroudering, en anderen. Ik verwacht dat ontworpen materialen ook een raamwerk zullen bieden voor de productie van actieve hermodellering van extracellulaire matrices, om de scaffolds te engineeren met dynamische groeikenmerken, daaropvolgende supra-organoïde weefselconstructies en bio-gefabriceerde weefsels. Verwacht wordt dat geproduceerde biosensoren, beeldvormende benaderingen en materialen zeer nuttig zullen zijn voor de brede gemeenschap van tissue engineering en biofabricage specialisten door het bevorderen van beeldvorming bij kanker, biofilms en andere gebieden van de levenswetenschappen." "CaliBrainVR: een kalibratietool voor het gebruik van biosensoren bij virtual reality training & simulaties" "Jelle Demanet" "Onderzoeksgroep Onderzoek, Dienstverlening en Ondernemerschap, Media & ICT onderzoeksgroep Gent (MICT)" "De elektronicamarkt kent een groei in betaalbare, betrouwbare en makkelijk te gebruiken biosensoren en wearables zoals EEG headsets (hersenactiviteit) en polsbandjes (hartslag en huidgeleiding). Decennialang onderzoek heeft aangetoond dat deze veelbelovend zijn. Onder meer om cognitieve en psychologische processen als vermoeidheid, stress en mentale belasting te meten. Zeker vanuit de training- en opleidingssector en binnen bedrijven waar opleiding snel, veiliger en efficiënter moet, is er veel interesse in. De accuraatheid en betrouwbaarheid van de interpretatie van de psychofysiologische signalen voor een bepaald individu is echter vaak nog ondermaats. Dit heeft te maken met interindividuele verschillen die niet in rekening worden gebracht, omdat er geen individuele ijking of kalibratie plaatsvindt voor de training/simulatie begint. Via dit ConnecTT-project willen we een tool bouwen die toelaat om biosensoren correct en betrouwbaar te integreren in VR/AR/MR trainingsapplicaties. Concreet zal de oplossing de vorm aannemen van een SDK (software development kit), die door ontwikkelaars geïntegreerd kan worden in hun trainingsapplicatie. Deze SDK zal toelaten om individuele profielen te generen vanuit de trainingsapplicatie door het oproepen van een kalibratieprotocol. Deze profielen bestaan uit metrieken (markers) die indicatief zijn voor cognitieve toestanden (zoals vermoeidheid, stressreacties of hoge cognitieve belasting), en worden gekoppeld aan statistieken die de individuele variabiliteit van deze markers beschrijven. Elk profiel kan opgeslagen worden voor toekomstig gebruik, zodat de kalibratie niet nodeloos herhaald moet worden. Bovendien kan de trainingsapplicatie, via de SDK, profiel informatie opvragen en benutten tijdens de training."