Zesentwintig grensverleggende onderzoeksprojecten toegekend via Open Competitie ENW - XS

De Open Competitie ENW-XS gaat door in 2023. Kijk op www.nwo.nl/enw-xs.

Greenifying industrial biotechnology by creating synthetic endosymbionts
Prof. dr. D. (Dennis) Claessen  (Universiteit Leiden)
Synthetische biologie is in de afgelopen twee decennia uitgegroeid tot een enorm onderzoeksveld en heeft een snelgroeiende wereldwijde markt gevormd. Hierbij worden biologische systemen geprogrammeerd om talloze functies uit te voeren. Terwijl de mogelijkheden eindeloos zijn, wordt het optimaal gebruik van deze systemen belemmerd door dure groeimethodes die direct concurreren met landbouwgrond voor voedingsmiddelen en leidend tot onnodige emissie. In dit project streven wij naar het ‘vergroenen’ van industriële processen door de integratie van foto-synthetiserende cyanobacteriën in bacteriële cellen die gebruikt worden in de industrie. Hierdoor kunnen ze lichtenergie gebruiken evenals koolstofdioxide voor de productie van waardevolle stoffen.

Using a virus-host system to unravel viral impacts on soil carbon cycling
Dr. P. (Paula) Dalcin Martins (Rijksuniversiteit Groningen)
Virussen zijn de meest voorkomende biologische entiteiten op aarde. Bodemvirussen worden echter nauwelijks onderzocht en virale effecten in bodems zijn enorm niet gekwantificeerd. Hier, met behulp van een nieuwe benadering, stel ik voor om voor de eerste keer experimenteel te kwantificeren in welke mate bodemvirussen de koolstofcyclus moduleren, inclusief de uitstoot van koolstofdioxide, door hun bacteriële gastheer aan te vallen. De resultaten van dit project zullen uitwijzen of virussen potentieel hebben voor exploitatie in nieuwe biotechnologische toepassingen om de uitstoot van broeikasgassen in de bodem te beheersen en koolstof in de bodem vast te houden.

Dissecting cellular heterogeneity and communication at the single-cell level: toward an improved understanding and prediction of immune responses
Dr. L. (Lucie) Descamps (Technische Universiteit Eindhoven)
Ons immuunsysteem bestaat uit een complex netwerk van verschillende cellen die bescherming bieden tegen bedreigingen. Het begrijpen van dit ingewikkelde cellulaire samenspel, waarin immune populaties cellulaire diversiteit aanwenden om dit doel te bereiken, in het bijzonder tijdens dynamische processen, is een essentiële uitdaging. Conventionele technologieën leveren eindpunt- en populatiegemiddelde metingen op, waardoor cruciale inzichten in zeer dynamisch en heterogeen cellulair gedrag ontbreken. In dit project zullen we een single-cell platform ontwikkelen, gebaseerd op druppel microfluïdica samen met innovatieve multiplex detectie technologie, voor de dynamische kwantitatieve tracering van cytokine secreties om cellulaire heterogeniteit en communicatie te ontleden met een ongekende throughput.

Lignin to nutraceuticals: Tuning biological factories to convert cheap renewable carbon from plant waste
Prof. dr. P.J. (Peter) Deuss (Rijksuniversiteit Groningen)
Bio-raffinaderijen produceren uit plantenafval, energie, brandstoffen en chemicaliën. Deze faciliteiten zijn essentieel om onze afhankelijkheid van fossiele grondstoffen af te bouwen richting een circulaire economie. Tot nu toe zijn nieuwe bio-raffinaderijen afhankelijk van subsidies. Om ze economisch rendabel te maken is de productie van nieuwe hoogwaardige producten een must. Hier doen we high-risk, high-gain voorstel voor de ontwikkeling om nutraceuticals van hoge waarde te produceren uit fracties door het gebruik van gistfabriekjes van thermisch-bewerkt hout afval van lage waarde. We mikken op meervoudig onverzadigde vetzuren die een belangrijk onderdeel van ons dieet zijn en gebruikt worden in producten zoals babymelk.

Designing Immunological Assays with Colourful Liquid Crystal Droplets
Dr. S.R. (Siddarth) Deshpande (Wageningen University & Research)
Vloeibare kristallen worden veel gebruikt in beeldschermen, maar hun snelle en duidelijke optische reacties maken ze ook uitstekende kandidaten als biosensoren om toxines en ziektes te detecteren. Dit aanstaande onderzoek is begonnen het bestuderen van vloeibare kristallen om verschillende soorten biomoleculen waar te nemen, maar het detecteren van specifieke biomarkers blijft een uitdaging. In dit project zullen we chirale vloeibare kristallen, materialen die omgevingsafhankelijke kleurrespons vertonen, en microfluïdica gebruiken om microscopische biosensor druppels te ontwerpen. Door gebruik te maken van hun gevoeligheid voor antigeen-antilichaam interacties, weerspiegeld in kleurveranderingen in het zichtbare bereik, willen we ziekteverwekkers op een nieuwe manier detecteren.

Phase separating hydrogels for bioprinting multiscale vasculature in organ models down to the microcapillary range
Dr. O. (Oksana) Dudaryeva (Universitair Medisch Centrum Utrecht)
3D printen maakt het mogelijk om functionerende orgaanmodellen te vervaardigen met behulp van polymeer materialen die geladen zijn met cellen. Met bioprinten kunnen complexe 3D-structuren worden gevormd met de kleinst haalbare afmetingen van >50 micrometer. Deze resolutiebeperking belemmert de vorming van bloedvatenstelsel in geprinte orgaanmodellen die cruciaal is voor doorbloeding en metabolische uitwisseling van de cellen. Aaneengesloten poriën met micrometer grootte kunnen worden gemaakt met behulp van fasescheiding tussen de polymeer componenten in gebruikte materialen. Dit voorstel beoogt de toepassing van vloeibare fasescheiding van polymere mengsels in volumetrisch bioprinten om orgaanmodellen te maken met aaneengesloten porositeit op micrometerschaal.

Vibrational Healing: A New Strategy to Design Self-healing Materials
Dr. A. (Andrea) Giuntoli (Rijksuniversiteit Groningen)
Bestaande zelf-herstellende materialen kunnen interne schade repareren dankzij een hoge mobiliteit op moleculaire schaal. Veel van dit soort materialen zijn daarom intrinsiek zacht. Voorlopige moleculaire computersimulaties hebben echter laten zien dat het in harde materialen mogelijk is om op nanoschaal een hoge mobiliteit te genereren door oscillerende vervorming met bepaalde frequentie en intensiteit. Het doel van dit project is om dit mechanisme op te schalen tot macroscopisch niveau zodat het gebruikt kan worden voor het ontwerp van harde zelf-herstellende materialen.

The bug in gene therapy
Dr. T.J.W. (Tim) Harmsen (Het Nederlands Kanker Instituut)
Gentherapie is één van de meest efficiënte en veelbelovende behandelingen voor ‘zeldzame genetische ziektes’, verwoestende aandoeningen met verscheidene verschijningsvormen met, ondanks de naam, 300,000,000 patiënten wereldwijd. ’s Werelds eerste commerciële gentherapie werd na 6 jaar weer van de markt gehaald omdat deze teveel kostte om te maken. Één van de sleutelfactoren in de hoge kostprijs van het productieproces is genomische instabiliteit. Wij willen testen of we de genomische instabiliteit kunnen aanpakken op een manier die voor elke gentherapie gebruikt kan worden, waarmee we de belofte van gentherapie nieuw leven inblazen: het realiseren van blijvende, positieve verandering voor honderden miljoenen mensen.

Shining light on growth and survival decisions in bacteria
Dr. J.H. (Johan) van Heerden (Vrije Universiteit Amsterdam)
Verbazingwekkend genoeg lijkt één enkel molecuul, genaamd ppGpp, verantwoordelijk te zijn voor groei- en overlevingsbeslissingen in diverse bacteriële soorten. Het is momenteel onmogelijk om te ontcijferen hoe dit molecuul informatie codeert voor een bacterie. Hier ontwikkelen we een biosensor gebaseerd op fluorescentie voor directe metingen van dit molecuul in levende bacteriën. Met deze sensor kunnen wij "zien" hoe ppGpp de groei- en overlevingsbeslissingen in individuele cellen stuurt. Dit is belangrijk omdat het nieuwe mogelijkheden biedt om de overlevingsstrategieën van bacteriën te bestuderen wanneer ze geconfronteerd worden met groeibelemmerende uitdagingen, zoals antibiotica.

Block Epstein-Barr virus (EBV) to prevent multiple sclerosis (MS)
Dr. B.A. (Balthasar) Heesters (Universiteit Utrecht)
Multiple sclerosis (MS) is een auto-immuunziekte die zenuwen aantast. Recente onderzoeken laten zien dat de ziekte van Pfeiffer (Epstein-Barr virus, EBV) MS kan veroorzaken. Er wordt gedacht dat een auto-immuun reactie door overeenkomsten tussen een viraal- en een zenuweiwit leidt tot zenuwverlies. Maar is het ook mogelijk dat er een directe infectie van de zenuw is door EBV? Eerdere data suggereren namelijk dat zenuwen een complement receptor 2 (de EBV-toegangsreceptor) hebben. Dit moet worden onderzocht omdat het ons beeld van MS veranderd. MS zou dan meer een infectieziekte zijn (i.p.v. een auto-immuunziekte), wat gevolgen heeft voor nieuwe behandelingen en onderzoeken.

“Lab-to-leave”: plant protection by size-designed biodegradable colloids with tuneable surface properties
Dr. M.A. (Mark) Hempenius (Universiteit Twente)
Gewasbescherming is essentieel voor efficiënte groei om de groeiende wereldbevolking te voeden. Tegenwoordig worden agrarisch chemicaliën “verpakt” in microplastics, die hun inhoud langzaam vrijlaten en zo planten op langere termijn beschermen. Echter, deze microplastics zorgen voor dramatische milieuvervuiling.
Wij zijn gefascineerd door de ontwikkeling van biodegradeerbare, op cellulose gebaseerde colloïden voor gecontroleerde vrijlating van de chemicaliën. Het idee hierachter is om de grootte en het oppervlak van de colloïden aan te passen aan de morfologie van de bladeren. De ontwikkelde colloïden blijven plakken in de groeven van de bladeren. Hierdoor wordt hun vasthoudendheid verbeterd, zelfs tijdens zware regenval.

Coronavirus spike: mapping the intermediate steps to infection
Dr. R.J.G. (Ruben) Hulswit (Universiteit Utrecht)
Het coronavirus spike eiwit zit op het oppervlak van virus deeltjes waar het zorgt voor fusie van het virus met gastheercellen. De pre-fusie en post-fusie spike conformaties zijn bekend en getuigen van uitvoerige eiwit hervouwing tussen deze twee conformaties, maar het is geheel onbekend hoe de transitie van pre- naar post-fusie verloopt. Met behulp van een panel van antilichamen die spike kunnen vangen in anderzijds tijdelijke conformaties, kan ik intermediaire conformaties detecteren. Ik zal deze intermediaire conformaties in hoge resolutie bestuderen en de flexibele regio’s identificeren en zodoende inzicht verschaffen in het hervouwingsmechanisme van spike dat leidt tot infectie.

Superfood mushrooms: just delicacies or also a valuable source of anti-Alzheimer’s medicines?
Dr. R. (Riccardo) Iacovelli (Rijksuniversiteit Groningen)
Ongeveer 50 miljoen mensen wereldwijd hebben de ziekte van Alzheimer. Op het moment is alleen symptoombestrijding mogelijk. Daarom moeten er nieuwe geneesmiddelen worden ontwikkeld zodat deze ziekte in de toekomst genezen kan worden. Schimmels zijn een buitengewoon rijke bron van nieuwe geneesmiddelen. Eén schimmel in het bijzonder produceert kleine hoeveelheden van bepaalde moleculen met bevestigde anti-verouderings en anti-Alzheimer eigenschappen. Met dit project willen we de biosynthese van deze moleculen engineeren zodat we die op grote schaal kunnen produceren. Dit zal ons in staat stellen om nieuwe en potentere varianten van deze moleculen te ontwikkelen om Alzheimer te behandelen.

Understanding cancer formation: a ground-breaking model of esophageal stem cells
Dr. V. T. (Vincent) Janmaat (Erasmus medisch centrum)
Kanker ontstaat vaak uit een voorloper die nog niet gevaarlijk is. In de slokdarm heet deze voorloper “metaplasie”. Metaplasie is slijmvlies dat van vorm is veranderd. We weten nog niet waar metaplasie vandaan komt. De slokdarm heeft klieren die mogelijk de oorsprong van metaplasie kunnen zijn. Helaas is er geen goed model om deze klieren te onderzoeken. Daarom stel ik voor om het eerste 2D model van deze klieren te maken. Door te begrijpen waar metaplasie vandaan komt kunnen we uiteindelijk leren hoe metaplasie en daarmee kanker voorkomen kunnen worden.

Fast-forward in time chip: Can we generate metastasising tumour cells from high-risk prostate cancer patients for studies BEFORE the tumour progresses inside the patient? (TIME CHIP)
Dr. F. (Franziska) Linke (Erasmus medisch centrum)
Voor (prostaat)kankerpatiënten en dus voor onderzoek is het cruciaal om te begrijpen waarom en wanneer een tumor zich door het lichaam gaat verspreiden. Momenteel kunnen we niet voorspellen welke patiënt een hoog risico loopt en dus een agressievere behandeling nodig heeft. Maar wat als we een klein stukje van de tumor in een kweeksysteem zouden kunnen plaatsen dat het menselijk lichaam nabootst, om het potentiële gedrag van de kankercellen te observeren? Een "fast-forward in time-chip" zou ons in staat kunnen stellen om het toekomstige gedrag van een tumor te onderzoeken, om te begrijpen welke celkenmerken de progressie aansturen.

Efficient reprogramming of human placental cells for stem cell therapies
Dr. ir. J.H.A. (Joost) Martens (Radboud Universiteit)
Stamcel therapie biedt therapeutische mogelijkheden voor aandoeningen zoals leukemie en diabetes, waarbij disfunctionele of beschadigde cellen vervangen worden door nieuwe gezonde cellen. Een veelbelovende bron van cellen voor stamcel therapie die niet invasief is en ethisch verantwoord, zijn trofoblast cellen verkregen uit de placenta na geboorte. Echter, methoden om deze cellen efficiënt terug te programmeren naar pluripotente stamcellen, welke gedifferentieerd kunnen worden in de benodigde cel types en weefsels, ontbreekt. Ons doel is daarom het identificeren van kleine moleculen die efficiënte herprogrammering mogelijk maken als cruciale stap voor de toepassing van placentacellen in stamcel therapie.

MAKING WAVES: A modeling-driven microfluidic device with wave configurations to evaluate solutes removal for bioartificial kidney applications
Dr. S.M. (Silvia) Mihăilă (Universiteit Utrecht)
Door het verlies van nierfunctie wordt de verwijdering van afvalstoffen inefficiënt. Bio-artificiële nier (BAK), uitbreidend op de huidige dialysetherapie, streeft naar het gebruik van gespecialiseerde cellen om holle vezelmembranen te bedekken en te benutten als functionele onderdelen van een apparaat dat afvalstoffen, die niet worden geëlimineerd door conventionele dialyse, verwijderd. In een multidisciplinaire samenwerking zullen we experimentele gegevens en in silico-modellering gebruiken om BAK-prestatie te voorspellen. Hierna zullen de digitale ontwerpen worden overgebracht naar een microfysiologisch systeem en worden getest op het verwijderen van afvalstoffen. Wij geloven dat onze dubbele aanpak zal helpen bij het ontwerpen van een optimale bio-kunstnier.

Stiffness of cancer tissue impacts efficacy of immune therapies: 3D-printing meets T-cells
Dr. M. (Mahdiyeh) Nouri Goushki (Technische Universiteit Delft)
T-celtherapie, die zich bezighoudt met het manipuleren van immuun (T-)cellen om kankercellen aan te vallen, heeft grote beloften getoond bij de behandeling van bloedkankers. T-celtherapie is echter slechts matig succesvol geweest voor het behandelen van solide tumoren die afkomstig zijn van zachte (bijvoorbeeld borst) of harde (bijvoorbeeld bot) weefsels. Dit komt omdat de mechanische eigenschappen van kankerweefsels het aantal en de functie van T-cellen beïnvloeden, wat over het algemeen wordt verwaarloosd in hedendaags onderzoek naar T-celtherapie. Ik zal 3D-geprinte (micro)scaffolds met relevante mechanische en morfologische eigenschappen als borst- of botweefsels van patiënten en onderzoeken hoe dergelijke eigenschappen de T-cellen-functie beïnvloeden.

A novel approach to identify genetic regulators of prion formation
Dr. D. (Daniele) Novarina (Universitair Medisch Centrum Groningen/ universiteit Groningen)
Prionen zijn verkeerd gevouwen eiwitten die in staat zijn om goede eiwitten ook verkeerd te vouwen. Prionen zijn de veroorzakers van Creutzfeldt-Jakob ziekte in mensen en ‘gekke koeien ziekte’ in vee. Er zijn geen behandelingen tegen prion ziektes en het is altijd fataal. Genetische risico factoren voor prion ziektes zijn erg onbekend. Dit project onderzoekt welke genetische factoren zorgen voor de vorming van prionen en gebruikt daarvoor een nieuwe screening methode.

Impact of virus infections on the development of Alzheimer’s disease.
Dr. W.J.D. (Werner) Ouwendijk (Erasmus medisch centrum)
Infectieziekten verhogen de kans om de ziekte van Alzheimer te krijgen. Hoe ziekteverwekkers bijdragen aan Alzheimer is onduidelijk. In deze studie zal ik een krachtige en innovatieve techniek gebruiken om de geschiedenis van virus infecties tijdens de levensduur van een individu te analyseren. Door Alzheimer patiënten te vergelijken met niet-demente controle personen kan ik specifieke virussen of combinaties van virus infecties identificeren die geassocieerd zijn met het ontwikkelen van de ziekte van Alzheimer. Deze kennis stimuleert vervolgonderzoek naar hoe deze virussen bijdragen aan de ziekte en kan prioriteiten stellen bij de ontwikkeling van nieuwe antivirale therapieën of vaccins.

“Can we tell whether mountains started crumbling faster using 14C and 10Be atoms?”
Prof. dr. D.C. (Duna) Roda-Boluda (Vrije Universiteit Amsterdam)
Erosie heeft grote gevolgen voor de natuurlijke omgeving en neemt momenteel in hevigheid toe. Dit leidt tot een hoger risico op aardverschuivingen en overstromingen, hoewel erosie ook CO2 uit de atmosfeer verwijdert. Het is echter moeilijk om de snelheid en toename in snelheid van erosie te kwantificeren, en dus zijn de gevolgen van toename in erosie niet goed bekend. Een nieuwe techniek, die koolstof-14 en beryllium-10 metingen combineert, kan hierbij helpen. Dit project test de nauwkeurigheid van deze methode. Hiermee kunnen de wetenschappers beter voorspellen, hoe het aardoppervlak verandert door klimaatverandering, menselijke invloeden, stijging van de zeespiegel en aardbevingen.

Dead or alive – investigating the possibility that hallmarks of disease arise after death
Dr. T. (Tessa) Sinnige (Universiteit Utrecht)
Ziektes zoals Alzheimer en Parkinson worden gekenmerkt door eiwitophopingen in de hersenen. Geneesmiddelen die deze ophopingen voorkomen of verwijderen zijn tot dusver niet succesvol gebleken. Een limitatie bij het bestuderen van eiwitophopingen in de menselijke hersenen is dat dit pas na de dood van de patiënt uitgevoerd kan worden. De onderzoekers gebruiken het transparante wormpje C. elegans als diermodel om eiwitophoping over de tijd te volgen. Ze zullen testen of eiwitophopingen ook kort na de dood kunnen ontstaan. Dit zou grote gevolgen hebben voor ons begrip van de ziektes en de ontwikkeling van geneesmiddelen.

A universal, adaptable, and non-toxic method to treat resistant parasitic flatworm and roundworm infections
Dr. K. (Kirill) Ustyantsev (Universitair Medisch Centrum Groningen)
Iedere jaar lijden wereldwijd honderden miljoenen mensen wereldwijd aan ziekten die veroorzaakt worden door parasitaire worminfecties. Hoewel de meerderheid van deze infecties behandeld kunnen worden met anthelminticum (ontwormingsmiddelen) is er een groeiend aantal herhaaldelijke infecties bekend waarbij de wormen resistent zijn voor de huidige geneesmiddelen. Daarom is het van essentieel belang alternatieve behandel methodes te ontwikkelen. Alle worm soorten bezitten dezelfde biologische eigenschap die niet aanwezig is bij de mens genaamd; spliced leader trans-splicing van mRNA-moleculen. In ons onderzoek willen we van deze specifieke eigenschap gebruik maken om middels RNA-uitschakelings-technologieën een zeer efficiënt, universeel en zeer toepasbaar nieuw anthelminitcum ontwikkelen.

Exploring Bacterial Dark Matter for Antibiotic Development
Dr. W.A.( Wim) Velema (Radboud Universiteit)
De antibioticacrisis bedreigt de moderne geneeskunde en is een groot risico voor de wereldwijde gezondheid. De huidige aanpak voor het ontwikkelen van nieuwe antibiotica heeft gefaald, wat de noodzaak onderstreept om andere opties te verkennen. Een belangrijke oorzaak voor het gebrek aan nieuwe antibiotica is de hoge toxiciteit die veel kandidaat antibiotica vertonen voor mensen. Wij gaan een radicaal andere benadering voor het ontwikkelen van nieuwe antibiotica verkennen. We zullen ons richten op een recent ontdekt en uitsluitend bacterieel doelwit en dit combineren met een innovatief sensorontwerp om grote hoeveelheid potentiele antibiotica te screenen.

A force for fertility
Dr. ir. E.J. (Erik) Vrij (Universiteit Maastricht)
Bij een succesvolle zwangerschap nestelt het embryo zich in de baarmoederwand en begint met het vormen van de placenta die het embryo voorziet van voedingsstoffen en zuurstof, en afvalstoffen afvoert. Bij verscheidene vruchtbaarheidsstoornissen wordt de vorming van de placenta bemoeilijkt door afwijkende biomechanische eigenschappen, zoals de stijfheid, van het baarmoederweefsel. Om dit beter te begrijpen gaan wij de placentavorming nabootsen met placenta cellen in een speciale waterachtige gel waarin we de mechanische en dynamische eigenschappen gericht kunnen sturen. Dit leidt tot nieuwe inzichten in de eigenschappen van het baarmoederweefsel voor placentavorming en op termijn mogelijk tot nieuwe behandelingen voor vruchtbaarheidsstoornissen.

From organic electrolyte to green electrolyte: building a safe, low-cost and functional rechargeable Mg battery
Dr. X. (Xuehang) Wang (Technische Universiteit Delft)
De groeiende markt van elektrochemische energie opslag is constant op zoek naar goedkope en veilige batterijen als vervanger van de Li batterij. Mg metaal steekt boven alle alternatieven uit vanwege de hoge theoretische capaciteit, lage redox potentiaal, en onderdrukte groei van dendrieten. Echter, de herlaadbare Mg batterij is nog niet ontwikkeld vanwege het ontbreken van een geschikte organische elektrolyt-kathode combinatie. Het doel van dit onderzoek is het ontwikkelen van de eerste Mg batterij door het samenstellen van een lage weerstand elektrolyt-kathode interface met een 2D materiaal en een alginaat elektrolyt.