Titel Promotor Affiliaties "Korte inhoud" "Rationeel uitgedachte drug screening met de drug repurposing kandidaat Auranofin in patiënt afgeleide organoïd modellen van longkanker en pancreaskanker" "Evelien Smits" "Centrum voor Oncologisch Onderzoek (CORE)" "Niet-kleincellige longkanker (NSCLC) en pancreaskanker (PDAC) zijn twee van de meest voorkomende en dodelijkste kankers wereldwijd. De overlevingskansen van deze patiënten zijn zeer gering als gevolg van het gevorderde stadium waarin de diagnose vaak wordt gesteld en hun snelle progressieve karakter. Er is nood aan nieuwe en meer doeltreffende behandelingen om de slechte overlevingskansen en levenskwaliteit van deze patiënten te verbeteren. Deze nood aan nieuwe therapeutische opties moedigde me aan om de snelste weg naar een klinische toepassing te vinden. We maken hiervoor gebruik van de drug Auranofine, die vroeger gebruikt werd als behandeling tegen reumatoïde artritis en nu opgenomen is in een lijst van interessante producten voor drug repurposing (cfr. website Antikankerfonds). Drug repurposing is het hergebruiken van geneesmiddelen die, hoewel ze voor bepaalde ziekten zijn ontwikkeld, later ook nuttig blijken voor andere ziekten, zoals het bestrijden van kanker. Ik was de eerste die het therapeutisch antikankerpotentieel van Auranofine aantoonde in p53-gemuteerde NSCLC- en PDAC-kankercellijnen, waarin het verschillende moleculaire celdoodmechanismen in gang zette (apoptose, ferroptose en immunogene celdood) door het induceren van oxidatieve stress. Verder bouwend op deze veelbelovende resultaten met Auranofine als monotherapie, kan dit verder verbeterd worden door rationeel ontworpen combinatiestrategieën. Het doel van dit project is om een high-throughput drug screening uit te voeren van een uitgebreide reeks rationeel uitgedachte combinatietherapieën met Auranofine, in een set van patiënt-afgeleide NSCLC en PDAC 3D-organoïden met behulp van ons eigen ontwikkeld drug screening platform Orbits. De recente introductie van primaire patiënt-afgeleide organoïden als meer fysiologisch relevante predictieve kankermodellen heeft geleid tot een kleine revolutie binnen het kankeronderzoek. Dit stelt ons in staat om voor de eerste keer te bestuderen welke combinatiestrategieën met Auranofine het meest belovend zijn en welke patiëntkenmerken gerelateerd zijn aan therapierespons. Over het algemeen zal het succesvol hergebruiken van het geneesmiddel Auranofine als kankerbehandeling bijdragen aan een positieve impact op de levensverwachting en levenskwaliteit van patiënten, aan een snelle klinische implementatie en aan goedkopere kankerbehandelingen en zorgkost." "Organoid painting: een objectieve strategie om humane weefselanalogen op individueel celniveau te fentoyperen met behulp van deep learning-verbeterde beeldvorming en analyse." "Winnok De Vos" "Visielab, Laboratorium voor celbiologie en histologie" "De ontdekking van nieuwe, therapeutisch waardevolle moleculen berust op het gebruik van celculturen, welke sterk vereenvoudigd zijn, en diermodellen die niet noodzakelijk overeenstemmen met de mens. Suboptimale modellen aan de preklinische kant, zullen onvermijdelijk leiden tot een groot verlies van kandidaatmoleculen in klinische studies. Dankzij de opkomst van humane geïnduceerde pluripotente stamceltechnologie, is het mogelijk geworden om organoïden te genereren die een meer getrouwe samenstelling en driedimensionele structuur hebben. Jammer genoeg bemoeilijkt de complexe, ondoorzichtig aard van deze weefselanalogen hun integratie in een routine screening omgeving. Wij willen een raamwerk ontwikkelen waarmee organoiden grondig kunnen worden gekarakteriseerd. Meer specifiek, bundelen wij onze expertise in microscopische beeldvorming en deep learning om zeer snelle, hoog-kwalitatieve beeldvorming en cellulaire fenotypering van organïden mogelijk te maken. Om de relevantie kracht bij te zetten, zullen we deze methode toepassen op twee industrieel-relevante voorbeeldapplicaties, met name om celstatus te onderscheiden in tumorsferoïden en om celtypes te identificeren in neuro-organoïden. Eens op punt, geloven wij dat dit raamwerk gretig zal worden aangewend door farmaceutische en klinische onderzoekslaboratoria die hun moleculaire bibliotheken op een relevanter model willen evalueren. Tevens zal het een rol kunnen spelen bij de kwaliteitsbeoordeling van weefselanalogen in de context van regeneratieve geneeskunde." "Combinatorische, hoge doorvoer organoid analyses voor gepersonaliseerde medicijnen" "Xevi Casadevall i Solvas" "Mechatronica, Biostatistiek en Sensoren (MeBioS)" "De vooruitzichten voor patiënten met cystische fibrose (CF) zijn de afgelopen jaren drastisch veranderd met de komst van CFTR-modulatoren, een nieuwe behandelingsklasse die verschillende mutatiespecifieke geneesmiddelen omvat. Recente inspanningen voor de ontwikkeling van geneesmiddelen zijn gericht op de meest voorkomende CFTR-mutatie (F508del) en een handvol minder frequente mutaties, met uitzondering van ongeveer 10% van de patiënten met alleen zeldzame mutaties, die afhankelijk zijn van academisch onderzoek en publiek-private partnerschappen om efficiënte behandelingen te bieden. Voor deze patiënten zijn de huidige technieken voor gepersonaliseerde medicijnen arbeids- en kostenintensief. Daarom zouden innovaties die de doorvoer verhogen, in combinatie met een vermindering van de steekproefomvang en het reagens volume, van grote economische en maatschappelijke waarde zijn. In dit project zullen we onderzoeken, op biobanked rectale organoïden van ~70 CF-patiënten met zeldzame mutaties die niet in aanmerking komen voor gelicentieerde geneesmiddelen: (1) Nieuwe combinaties van CFTR-modulatoren, goedgekeurd of in een late ontwikkelingsfase, in hun vermogen om de CFTR-functie te herstellen (2 ) Voor mutaties die niet door verbindingen kunnen worden gered, zullen we op maat gemaakte CRISPR-Cas-gebaseerde genbewerking strategieën ontwikkelen. Om het proces op te schalen, zullen we een nieuw microfluïdisch High-Throughput Screening (HTS)-platform ontwikkelen, met verhoogde testcapaciteit op kleinere organoïde monsters, waardoor wegen worden geopend voor snelle en ex-vivo HTS voor medicijn- en genbewerking therapieën in een gepersonaliseerd medicijn nadering." "Rationeel uitgedachte screening van combinatiestrategieën in meer fysiologisch relevante in vitro organoïd modellen: kunnen we gepersonaliseerde therapie voor pancreaskanker verbeteren?" "Marc Peeters" "Centrum voor Oncologisch Onderzoek (CORE)" "Pancreas kanker is een progressieve en meestal fatale maligniteit die wordt gekenmerkt door een zeer lage 5-jaarsoverleving van slechts 8%. Desondanks succesvolle vooruitgangen die we hebben gemaakt in hoe we kanker bestuderen en behandelen, zien we toch bij de meeste pancreas kanker patiënten een lage en vaak moeilijk te voorspellen therapie respons. De recente introductie van primaire patiënt afgeleide organoïden als meer fysiologisch relevante predictieve kankermodellen heeft geleid tot een kleine revolutie binnen het kankeronderzoek. Hoewel de veelbelovende toepassingen, zien we toch dat er een gebrek is aan betrouwbare analyses die genoeg informatie halen uit dit geavanceerd platform. Bijgevolg, tracht ik in dit project een innovatief en meer fysiologisch relevant predictief platform te creëren dat de invloed van de tumor micro-omgeving (kanker geassocieerde fibroblasten en hypoxie) op therapierespons mee in overweging neemt. Door gebruik te maken van deze state-of-the-art 'high-throughput screening' technieken zal ik een uitgebreide reeks rationeel uitgedachte combinatietherapieën testen, om zo meer en effectievere gepersonaliseerde behandelingen voor pancreaskanker patiënten kunnen aanbieden. Uiteindelijk, zal in dit project ook de gevoeligheid voor een behandeling geassocieerd worden met gen mutatie en expressie signaturen om zo potentiële nieuwe predictieve biomerkers te identificeren voor onze innovatieve combinatiestrategieën." "De rol van intestinale micro-organismen in het ontstaan van inflammatoire darmziekten: identificatie van micro-organismen met potentieel gunstige en nadelige effecten via ex vivo organoid technologie." "Marc Ferrante" "Translationeel Onderzoek van Gastro-enterologische Aandoeningen (TARGID)" "De exacte pathogenese van inflammatoire darmziekten (IBD) blijft onvolledig begrepen, maar een verlies aan tolerantie voor de commensale darmflora lijkt cruciaal. Er zijn bovendien argumenten voor een gestoorde differentiatie van intestinale darmcellen (ISC) tot dochtercellen in IBD, maar de exacte impact van microbiota op ISC is ongekend. Wij veronderstellen dat ISC zich anders gedragen onder invloed van luminele microbiota, wat aanleiding kan geven tot een gewijzigd differentiatie patroon, een gewijzigde vrijzetting van antimicrobiële eiwitten door Paneth cellen, en gewijzigde mucine aanmaak door slijmbekercellen. Deze hypothese zal worden getest aan de hand van een ex vivo lange-termijn cultuur. In dit model, zullen ISC van muis en mens uitgroeien tot zogenaamde minidarmpjes met alle gekende gedifferentieerde cellen (organoids). Vervolgens zal de invloed van microbiota op het gedrag en de differentiatie van ISC worden nagegaan in een co-cultuur van dergelijke organoids met complete luminale microbiota, microbiële eiwitten of celcomponenten van microbiota." "De rol van intestinale micro-organismen in het ontstaan van inflammatoire darmziekten: identificatie van micro-organismen met potentieel gunstige en nadelige effecten via ex vivo organoid technologie." "Marc Ferrante" "Translationeel Onderzoek van Gastro-enterologische Aandoeningen (TARGID)" "De exacte pathogenese van de ziekte van Crohn (CD) en colitis ulcerosa (UC) blijft onvolledig begrepen, maar een verlies van tolerantie voor de darmflora lijkt cruciaal. Interacties tussen gastheer en microbiota vinden plaats aan het darmoppervlak dat bestaat uit intestinale stamcellen (ISC), enterocyten, goblet, enteroendocrine en Paneth-cellen. Er wordt gesuggereerd dat de differentiatie van ISC in nageslachtcellen wordt verstoord in CD en UC. De impact van microbiota op ISC is onbekend. We veronderstellen dat ISC zich anders gedraagt bij stimulatie met luminale microbiota, wat leidt tot gewijzigde differentiatie in nageslacht, gewijzigde afgifte van antimicrobiële peptiden door Paneth-cellen, veranderde productie van mucine door slijmbekercellen en veranderde epitheelbarrièrefunctie. Het gedrag en de differentiatie van ISC afgeleid van humane (UC, CD, en gezonde controle) en muizen (IBD modellen) darmmonsters zullen worden vergeleken met behulp van een ex vivo langetermijnkweekmodel. In dit model zal ISC uitgroeien tot minigelen met alle verschillende epitheliale celtypen (organoïden). Vervolgens zal de invloed van microbiota op ISC-gedrag en -differentiatie, evenals barrièrefunctie, geëvalueerd worden in een co-cultuur van dergelijke organoïden in de aanwezigheid van complete luminale microbiota (bijv. Pro-inflammatoire E. coli, ontstekingsremmende microben F prausnitzii), microbiële eiwitten of celwandcomponenten. Ten slotte zal de rol van het immuunsysteem van de gastheer worden beoordeeld door dendritische cellen aan deze co-culturen toe te voegen." "Rationeel uitgedachte screening van combinatiestrategieën in meer fysiologisch relevante in vitro organoïd modellen: kunnen we gepersonaliseerde therapie voor pancreaskanker verbeteren?" "Marc Peeters" "Centrum voor Oncologisch Onderzoek (CORE)" "Alvleesklier kanker, ook wel het pancreas ductaal adenocarcinoom genoemd, is een progressieve en meestal fatale maligniteit die wordt gekenmerkt door een zeer lage 5-jaarsoverleving van slechts 8%. Desondanks de succesvolle vooruitgangen die we hebben gemaakt in hoe we kanker bestuderen en behandelen, zien we toch dat de individuele therapierespons voor zowel conventionele behandelingen als meer gepersonaliseerde therapieën moeilijk te voorspellen is. De reden voor deze lage respons is een samenspel van verschillende factoren zoals de tumor heterogeniteit en complexiteit van de tumor micro-omgeving. De afgelopen decennia hebben onderzoekers getracht om meer fysiologisch relevante in vitro modellen te ontwikkelen die in staat zijn om de klinische respons beter te voorspellen. De gouden standaard voor het bestuderen van kanker zijn de traditionele tweedimensionale kanker cel lijnen. Desondanks de vele toepassingen van dit in vitro model, zien we toch dat het te kort schiet om de complexiteit van pancreas kanker accuraat in kaart te brengen. De recente introductie van primaire patiënt-afgeleide organoïden als meer fysiologisch relevante kankermodellen heeft geleid tot een kleine revolutie binnen het kankeronderzoek. Het voordeel van deze in vitro modellen is dat ze de cellulaire heterogeniteit en morfologie van de primaire tumor behouden. Hoewel deze modellen veelbelovend zijn voor toekomstig kankeronderzoek, zien we toch dat er een gebrek is aan betrouwbare analyses die genoeg informatie halen uit dit geavanceerd platform. Gezien de vele belemmeringen die hierboven beschreven zijn, trachten we in dit project een innovatief en meer fysiologisch relevant predictief platform te creëren dat de invloed van de tumor micro-omgeving (kanker geassocieerde fibroblasten en hypoxie) op therapierespons mee in overweging neemt. Door gebruik te maken van deze state-of-the-art 'high-throughput screening' technieken zullen we een uitgebreide reeks rationeel uitgedachte combinatietherapieën testen. Op deze manier willen we meer en effectievere gepersonaliseerde behandelingen voor pancreaskanker patiënten kunnen aanbieden. Uiteindelijk, zullen we in dit project ook de gevoeligheid voor een behandeling associëren met gen mutatie en expressie signaturen om zo potentiële nieuwe predictieve biomerkers te identificeren voor onze innovatieve combinatiestrategieën." "Een stamcel gebaseerd organoid model voor hepatotrope infecties." "Catherine Verfaillie" "Stamcel- en Ontwikkelingsbiologie, Afdeling Dier en Mens" "Ontwikkeling van een fysiologisch relevant cultuurmodel voor HBV-infectie en replicatie zou een belangrijke doorbraak vormen in het HBV-veld en een model vormen voor de ontwikkeling van nieuwe strategieën om HBV te genezen, aangezien huidige antivirale HBV de replicatie remmen, maar de meeste patiënten niet genezen." "Darm-virus-hersen-as-technologie in organoïde wetenschap" "Johan Neyts" "Laboratorium Virologie en Chemotherapie (Rega Instituut)" "The battle against infectious diseases is hampered by lack of therapeutic innovations due to poor understanding of disease outcome in humans. Organoid technology is a major breakthrough for medical research that has traditionally relied heavily on animal models. In our current OrganoVIR consortium, we are at the forefront in establishing human organoids as superior models for viral pathogenesis and antiviral research. The next critical step is to integrate organoid models to create a complex multi-organ ex vivo model that better mimics the human physiology. This raises several challenges such as incorporation of various cell types, medium incompatibility, validation, high throughput, and robust ways to connect mature organoid models. At the same time, the model has to be accessible, user friendly, and affordable to all end users. Therefore, this proposed GUTVIBRATIONS consortium will leverage its expertise in microfabrication, organoid technology, virology, immunology, bioengineering, and materials science to deliver an enabling organ-on-chip system.As a demonstrator, a modular human gut-brain axis multi-organ model will be achieved for studying viral disease and treatment. This model will be built by combining an open source 3D printed scaffold technology with human gut and brain organoid models. The deliverables will include a complex gut epithelial layer, immune cell layer, blood-brain layer and brain organoid; all individually developed and subsequently connected by vertical stacking. Our unique modular approach where individual components are separately developed and validated minimizes compatibility issues. The individual models and the multi-organ model will be used for studying three different clinically relevant viral infections with high global burden and will be validated against existing clinical data to bring the system to TRL5. Routes towards commercialization will also be assessed by performing a market analysis and developing a business plan." "Organoïde technologie voorbij de state-of-the-art: Bio-engineering van een gedefinieerde matrix voor next-generation organoïde-modellering en -toepassing" "Hugo Vankelecom" "Stamcel- en Ontwikkelingsbiologie, Moleculaire Visualisatie en Fotonica" "Organoïden hebben een revolutie teweeggebracht in de biomedische wetenschappen waarbij wetenschappers 3D ziektemodellen hebben kunnen ontwikkelen, terwijl de genetische achtergrond en pathologie van de patiënten behouden blijven. Toch hangt het volledige potentieel van organoïden af van kritische innovaties zoals geavanceerde assays om biologische processen te ontcijferen, het gebruik van imaging tools, de toediening van nucleïnezuren en geneesmiddelen aan organoïden en het uiteindelijk opschalen van de verwerkingscapaciteit van dergelijke assays. Om dergelijke ambitieuze doelstellingen te bereiken, is er nood aan expertise van specialisten op het gebied van ziekten en organoïden te integreren met de deskundige knowhow van ontwikkelaars. Aan de KU Leuven zal een interdisciplinair team van internationaal erkende experts in deze gebieden samen deze uitdagingen aangaan, dit in het kader van een interdisciplinair netwerk OrganADVANCE. Zowel top-down als bottom-up benaderingen zullen worden toegepast in een continue en dynamische interactie met de geteste matrixsamenstellingen."