Vier ERC Starting Grants voor jonge TU/e-wetenschappers

Vier jonge wetenschappers van de TU Eindhoven krijgen van de European Research Council een Starting Grant, een onderzoekssubsidie van maximaal 1.8 miljoen euro. Met deze subsidies gaan ze onderzoek doen naar de prestaties van cardiovasculaire implantaten van biomaterialen, het doorgronden van de werking van bepaalde immuuncellen, voorbewerkingstechnieken om tijdrovende algoritmes te versnellen, en een nieuw soort lab-on-a-chip voor detectie van kankercellen in het bloed.

De vier universitair docenten aan de TU/e waar de ERC dit jaar Starting Grants aan toekent, zijn Sandra Loerakker en Jurjen Tel (beiden van de faculteit Biomedische Technologie), Yoeri van de Burgt (Werktuigbouwkunde), en Bart Jansen (Wiskunde en Informatica).

Cardiovasculaire regeneratie voorspellen – Sandra Loerakker
Hart- en vaatziekten behoren tot de belangrijkste doodsoorzaken wereldwijd. De bestaande behandelingen kunnen helaas alleen het voortschrijden van de ziekte afremmen of voorkomen. Tissue engineering (weefselkweek) behelst de belofte om cardiovasculaire aandoeningen echt te genezen. Bij cardiovasculair tissue engineering (CVTE) worden kunstmatige en biologisch afbreekbare materialen ontwikkeld om in het menselijk lichaam te implanteren en daar slechte hartkleppen of bloedvaten te vervangen. De materialen moeten in het lichaam veranderen in levend weefsel dat net zo goed functioneert als normaal gezond weefsel.

Sandra Loerakker gaat wiskundige modellen ontwikkelen die deze transformatie beschrijven, met name het ontstaan van weefselorganisatie, als functie van de eigenschappen van het geïmplanteerde kunstmatige materiaal met zijn omgeving. Daarmee moet het mogelijk worden beter te voorspellen hoe goed nieuwe weefsels gaan functioneren. “Als het project slaagt, dan is dat een belangrijke stap op weg naar daadwerkelijke toepassing van CVTE bij mensen”, vertelt Loerakker. “Het zal een enorme invloed hebben op de ontwikkeling van richtlijnen voor regeneratie van cardiovasculair weefsel.”

De eerste resultaten die ten grondslag liggen aan dit project, zijn recent gepubliceerd in PNAS. Het gebruik van haar wiskundige modellen ter verbetering van getissue-engineerde hartkleppen leidde onlangs tot een publicatie in Science Translational Medicine.

Cellulaire interacties decoderen - Jurjen Tel
Ons immuunsysteem beschermt ons tegen allerlei soorten bedreigingen. Jurjen Tel gaat bestuderen hoe het kan dat immuuncellen zo flexibel en zo breed inzetbaar zijn. Tel: “Plasmacytoïde dendritische cellen (pDCs) zijn zeer speciale immuuncellen die extreem sterk reageren op indringers. Ze maken bijzonder veel signaalstoffen aan die andere cellen aanzetten tot ingrijpen, onder meer door killer-T-cellen te mobiliseren tegen kanker. Vanwege hun brede inzetbaarheid worden pDCs ook wel het ‘Zwitsers zakmes’ van het immuunsysteem genoemd.” Tel wil de komende vijf jaar, middels geavanceerde single-celltechnologie, volledig doorgronden hoe deze immuuncellen geactiveerd worden, hoe ze communiceren en wat voor soorten er zijn. Dit is de opmaat voor de ontwikkeling van betere cellulaire vaccins tegen kanker, infectie- en auto-immuunziekten.

Vereenvoudiging voor oplossen - Bart Jansen
We genereren met zijn allen steeds meer data, en de analyse ervan wordt daardoor steeds tijdrovender en soms praktisch onmogelijk. Bart Jansen gaat daarom voorbewerkingstechnieken ontwikkelen om problemen te vereenvoudigen voordat algoritmes ze gaan oplossen. “Een goede voorbewerkingsstap, die overbodige randvoorwaarden en variabelen wegfiltert, kan de tijd die een computer nodig heeft, terugbrengen van dagen naar seconden”, aldus Jansen.

“Eerder onderzoek was alleen gericht op voorbewerking die de input voor het algoritme verkleint zonder haar uitkomst te veranderen. Maar om echt grote stappen te zetten qua rekensnelheid, moet voorbewerking leiden tot een verkleining van de exponentiële zoekruimte van oplossingen waarin het algoritme kijkt. Ik ga een serie algoritmische technieken ontwikkelen om de zoekruimte te verkleinen, en geef wiskundige bewijzen van hun effectiviteit.” Met zijn project Rigorous Search Space Reduction project (REDUCESEARCH), wil Jansen de bestaande theorie over effectieve voorbewerking vernieuwen.

Een lab-on-a-chip geïnspireerd op het brein - Yoeri van de Burgt
Yoeri van de Burgt gaat werken aan het eerste lab-on-a-chip geïnspireerd op het brein, met kunstmatige ‘synapsen’. Deze synapsen, gemaakt van goedkope materialen, kunnen net als de synapsen in het menselijk brein veel meer verschillende ‘waardes’ aannemen dan alleen de 0 en 1 waarmee computerchips rekenen. Met de synapsen gaat Van de Burgt een neuraal netwerk maken dat de weg baant naar de ontwikkeling van een nieuwe generatie ‘slimme’ biomedische sensoren. Binnen dit project ligt de focus op het detecteren van kankercellen in de bloedstroom, wat een bijzondere uitdaging is vanwege de lage aantallen cellen en de grote variabiliteit in kankercellen. Neurale netwerken zijn hier in principe erg geschikt voor, doordat ze goed zijn in het herkennen van fenomenen met een grote variatie in verschijningsvorm. Van de Burgt: “Het doel is om een goedkope diagnostische techniek te ontwikkelen die eenvoudig in de medische praktijk zijn ingang kan vinden en als eerste test kan dienen voordat uitgebreidere en duurdere technieken ingezet worden. Maar de techniek zou mensen ook in staat moeten stellen zelf hun gezondheid te monitoren.”

De Volkskrant schreef vorig jaar over voorafgaand onderzoek van Van de Burgt en zijn ontwikkeling van een kunstmatige synaps.