Enclosed lung on a chip system development suitable for respiratory disease research in BSL3 and microgravity systems (LoCBox)

Funding: European Regional Development Fund (ERDF), Measure “Support for applied research”

Project No.:

Period: 1 January 2022 – 30 November 2023

Project costs: 500 000.00 EUR

Project implementer: Latvian Biomedical Research and Study Centre

Cooperation partner: SIA”Cellboxlab”

Project Summary

This project aims to overcome technical challenges when working with organ on chip models in biological safety level 3 (BSL3) environment and microgravity by developing enclosed test system capable of cultivating cells and be compatible with BLS3 workflow and microgravity systems.

The main outcomes of the project are: two prototypes for lung on chips cultivation and experiments in biological safety level 3 environment and microgravity. We expect that this project will lead to availability of state of art test model and put Cellboxlab and Latvian Biomedical Research and study center in leading position in technical capabilities for cutting edge research of coronavirus and COVID-19.

Progress of the Project

During this reporting period, we have integrated and optimized the pumping solution for chip cultivation. We have several iterations of the aluminum holder holding the pump in place and in contact with the liquid storage tanks and we are currently making the last iteration before placing a small order for these holders. The first batch of COC / OSTE hybrid polymer organs on a chip device, lungs on a chip, were tested for SARS-COV-2 pseudoviruses. We have improved the process of creating OSTE / COC micro-equipment by adapting the device designs and the data obtained will be calculated when a larger batch is tested. The expected functionality of micro-devices is> 90% of all created devices. In addition, during this period we participated in the publication of the project topic in an online interview organized by the Riga Technical University Student Council in the studio entitled "What if?".

Information published 31.03.2022

During this reporting period, we produced additional COC/OSTE hybrid polymer organs on a chip devices. We have established several lungs on a chip from primary cell cultures with air-liquid interphase. CAD designs, as well as physical prototypes, ofBSL3 compatible micropumps have been developed. Cellbox Labs organized a price survey for materials necessary to build a custom BSL3 compatible enclosure. CAD design process of BSL3 compatible enclosure is on-going

Information published 30.06.2022

During this reporting period, we developed additional lungs on a chip models from primary cell cultures with air-liquid interphase to quantify ACE2 receptors for pseudovirus infection experiments. Protocol for immunohistochemistry of ACE2quantification was developed. Throughout the reporting period we have ensued continuous multi-day pumping solution testing to obtain calibration graphs of volume flow rate for the innovative pumping unit. CAD design work for the BSL3-compatible cell culturing box is on-going

Information published 30.09.2022

During this reporting period, Cellboxlab have produced additional COC/OSTE hybrid polymer organs on a chip devices. Additionally we had to optimise lungs on a chip models from primary cell cultures with air-liquid interphase to improve immunofluorescence protocols for these models. We continued to work on development of testing units for both BSL3 and microgravity. Cellboxlab also started to prepare invention disclosure form for patenta pplications.

Finally project supervisors participated in Radio Radiobroadcast - The known in the unknown Preclinical studies - organs on a chip and laboratory mice, where they explained to the general public in populars cientific language about technology they are developing.

Information published 31.12.2022

During this period CellboxLabs produced 20 standard design OOC devices for this project, as well as 20-reduced footprint devices for use in microgravity culturing. Furthermore, Tasks 1.2 and 1.3 have been concluded, thus allowing to start OOC device culturing in BSL3 and microgravity environment.

LBMC started to work on SARS-COV-2 pseudovirus experiments, by establishing models expressing ACE2 receptor. Established workflow and protocols will be used in BSL3 experiments. Additionally, simple experiments of microgravity effect on static cell models have been started that will be used in comparison to Lung on a chip model in microgravity.

Furthermore, CellboxLabs took part in two seminars organized by LBMC and Riga Technical University. The first seminar was on the role of biomedical research in the knowledge economy and biotech start-up success stories, while the second seminar was focused on the transition from university to industry. During these seminars, CellboxLabs presented their project ideas and direction to a wider scientific and industry audience. Finally, LBMC presented results of current progress at international conference.

Information published 31.03.2023

During this period we produced additional 10standard design OOC devices for this project,. Furthermore, BSL3 compatible OOCcultivation box has been tested in BSL3 conditions. Pseudovirus infectionprotocols has been optimised in developed system since 24 hours was notenaught. In parallel Microgravity setup has been tested with microfluidic pumpsdeveloped by CellboxLabs and first cell growing experiments have been performedto optimise workflow.

Furthermore, CellboxLabs took part at one of themost popular Latvian Radio stations series: “Mind will save the world” oncurrent and future role of organs on chip. Finally, LBMC and CellboxLabspresented results of current progress of the project at 2nd Microphysiologicalsystems world summit at Berlin.

Information published 30.06.2023

During this period, we performed Lung on a chip model experiments in microgravity with and without cisplatin in comparison to normal gravity, to evaluate dynamic 3D cancer model cisplatin resistance in microgravity. Additionally, infection experiments with SARS-COV-2 pseudo virus on Lung on a chip and lung on inserts have been carried out for comparison. Furthermore, first live SOSR-COV-2 virus infection experiments on Lung on a chip by implementing BSL3 compatible pumping solutions have been performed.

Finally, CellboxLabs CEO has an interview about technology in company in journal Forbes, CTO visited Rigas Technical University Engineering school, were he explained our technology to pupils and project supervisor Arturs Abols provided an interview to to inform industry and journal Medicus Bonus to inform medical doctors about organ on a chip technology and application within this project.

Information published 30.09.2023

During this pivotal period, we made significant progress in testing the prototypes developed through this project. A major breakthrough was the successful testing of the LocBox prototype, designed to be compatible with Biosafety Level 3 (BSL3) conditions. This prototype was rigorously tested using a SARS-CoV-2 pseudovirus containing the GFP gene. We developed a comprehensive workflow for utilizing the prototype under BSL3 conditions. Building on this success, we proceeded to test the prototype with live SARS-CoV-2 virus, further demonstrating its efficacy and safety.

Another innovative achievement was the testing of a LocBox prototype designed for microgravity conditions. We explored the impact of microgravity on a lung cancer-on-a-chip model using A549 cell lines, specifically focusing on drug resistance, such as to cisplatin, under continuous flow conditions. These tests not only confirmed the effects of microgravity on cancer models, as previously reported in literature, but also revealed significant differences in drug response under microgravity when comparing static to continuous flow conditions.

Our project's findings and innovations were highlighted at 4 international conferences through both poster and oral presentations. Additionally, two research articles detailing our project's results have been prepared and submitted for publication. In a significant move towards commercialization, a patent application was submitted by our project collaborator, CellboxLabs, underscoring the practical applications of our research.

Moreover, our commitment to public engagement was evident as we participated in 17 events aimed at disseminating our findings to the broader community. With all project tasks accomplished, as documented in the detailed reports and the final project report, we are proud to confirm the successful completion of this ambitious project."

Information published 30.11.2023

BSL3 un mikrogravitācijas iekārtai pielāgotas plaušas uz čipa sistēmas izveide respiratoro saslimšanu pētniecībai (LocBox)

Projekts tiek veikts Eiropas Reģionālā attīstības fonda (ERAF) pasākuma “Praktiskas ievirzes pētījumi” 5. kārtas ietvaros.

Projekta identifikācijas Nr.:

Projekta izpildes termiņš: 2022. gada 1. janvāris – 2023. gada 30. novembris

Projekta kopējais finansējums: 500 000.00 EUR

Projekta īstenotājs: Latvijas Biomedicīnas un Pētījumu studiju centrs

Sadarbības partneris: SIA”Cellboxlab”

Projekta kopsavilkums

Šī projekta mērķis ir pārvarēt tehniskās problēmas, strādājot ar orgāna uz čipa (OOC) modeļiem bioloģiskās drošības 3. līmeņa (BSL3) vidē un mikrogravitācijā, izstrādājot slēgtu testa sistēmu, kas spējīga audzēt šūnas un ir saderīga ar BLS3 darbplūsmas un mikrogravitācijas sistēmām.

Projekta galvenie rezultāti ir: divi prototipi plaušu uz čipa audzēšanai un eksperimentiem bioloģiskās drošības 3. līmeņa vidē un mikrogravitācijā. Mēs sagaidām, ka šis projekts radīs modernākus in vitro testa modeļus un paaugstinās SIA Cellboxlab un Latvijas Biomedicīnas pētījumu un studiju centru tehniskajās spējās, lai veiktu inovatīvus koronavīrusa un COVID-19 pētījumus.

Projekta progress

Šajā pārskata periodā esam integrējuši un optimizējuši sūknēšanas risinājumu orgāni uz čipa kultivēšanai. Mēs esam vairākas alumīnija turētāja iterācijas, kas notur sūkni vietā un saskaras ar šķidruma uzglabāšanas tilpnēm un pašlaik mēs veicam pēdējo iterāciju pirms nelielas šo turētāju pasūtījuma veikšanas. Tika izgatavoti arī pirmie COC/OSTE hibrīda polimēru orgāni uz čipa iekārtu partija, plaušas uz čipa testēšanai ar SARS-COV-2 pseidovīrusiem. Esam uzlabojuši OSTE/COC mikroiekārtu izveides procesu, pielāgojot ierīču dizainus un iegūtie dati tiks aprēķināti, kad būs pārbaudīta lielāka partija. Sagaidamā mikroiekārtu funkcionalitāte no visām izveidotām iekārtām ir >90% . Papildus šajā laika posmā mēs iesaistījāmies projekta tēmas publicēšanā Rīgas Tehniskās Universitātes studentu padomes organizētajā tiešsaistes intervijā Spiikiizi studijā ar nosaukumu “Kā būtu, ja?”.

Informācija publicēta 31.03.2022

Šajā pārskata periodā mēs izveidojām papildus COC/OSTE hibrīda polimērumikroiereīces. Mēs esam izveidojuši vairākas plaušas uz čipa modeļus noprimārajām šūnu kultūrām testēšanai ar gaisa – šķīduma interfeisu. Irizstrādāts ar BSL3 saderīgs mikrosūkņu CAD modelis, kā arī izveidoti pirmieprototipi. Cellbox Labs organizēja cenu aptauju materiāliem, kas nepieciešami,lai izveidotu ar BSL3 pielāgotu ar BSL3 saderīgu korpusu. Tika uzsākta arī BSL3saderīga korpusa CAD projektēšanas process.

Informācija publicēta 30.06.2022

Šajā ziņošanas periodā mēs izveidojām papildus plaušas uz čipa modeļus no primārajām šūnu kultūrām ar gaisa - šķidruma interfāzi, lai veiktu pseidovīrusa infekcijas eksperimentus. Tika izstrādāts ACE2 kvantitatīvās noteikšanas imūnhistoķīmijas protokols. Visā pārskata periodā mēs esam veikuši nepārtrauktu vairāku dienu sūknēšanas risinājumu testēšanu, lai iegūtu jaunās sūknēšanas iekārtas tilpuma plūsmas ātruma kalibrēšanas grafikus. Ar BSL3 saderīgas šūnu kultivēšanas kastes CAD projektēšanas darbi turpinās

Informācija publicēta 30.09.2022


Šajā pārskata periodā Cellboxlab izgatavoja papildu COC/OSTE hibrīda polimēru orgānu uz čipa ierīces. Turklāt mums bija jāoptimizē plaušas uz mikroshēmu modeļiem no primārajām šūnu kultūrām ar gaisa un šķidruma starpfāzi, lai uzlabotu šo modeļu imunofluorescences protokolus. Mēs turpinājām darbu pie testēšanas vienību izstrādes gan BSL3, gan mikrogravitācijai. Cellboxlab arī sāka gatavot izgudrojumu atklāšanas veidlapu patenta pieteikumiem.

Kā arī projekta dalībnieki piedalījās radio pārraidē - Zināmais nezināmajā: Pirmsklīniskie pētījumi - orgāni uz čipa un laboratoriju peles, kur viņi plašai sabiedrībai paskaidroja populārajā zinātniskajā valodā par attīstītajām tehnoloģijām.

Informācija publicēta 31.12.2022


Šajā periodā CellboxLabs šim projektam izgatavoja 20 standarta dizaina OOC ierīces, kā arī 20 samazināta izmēra ierīces izmantošanai mikrogravitācijas sistēmas pielietojam. Turklāt ir pabeigt darbu pie 1.2. un 1.3. uzdevumi, kas ļauj uzsākt OOC kultivēšanu BSL3 un mikrogravitācijas vidē.

LBMC sāka strādāt pie SARS-COV-2 pseidovīrusa eksperimentiem, izveidojot modeļus, kas ekspresē ACE2 receptoru. Izveidotie protokoli tiks izmantoti BSL3 eksperimentos. Papildus ir uzsākti vienkārši eksperimenti par mikrogravitācijas ietekmi uz statiskiem šūnu modeļiem, kas tiks izmantoti salīdzinājumā ar plaušas uz čipa modeļiem mikrogravitācijā.

Turklāt CellboxLabs piedalījās divos LBMC un Rīgas Tehniskās Universitātes rīkotajos semināros. Pirmais seminārs bija par biomedicīnas pētījumu lomu zināšanu ekonomikā un biotehnoloģiju jaunuzņēmumu veiksmes stāstiem, bet otrais seminārs bija veltīts pārejai no universitātes uz industriju. Šajos semināros CellboxLabs iepazīstināja ar savām projektu idejām un virzienu plašāku zinātnes un industrijas auditorijai. Visbeidzot, LBMC starptautiskā konferencē prezentēja pašreizējā progresa rezultātus.

Informācija publicēta 31.03.2023.


Šajā periodā, šim projektam izstrādāja papildus 10standarta dizaina OOC ierīces. BSL3 saderīgā OOC kultivēšanas iekārta tikapārbaudīta BSL3 apstākļos. Izstrādātajā sistēmā ir optimizēti pseidovīrusuinfekcijas protokoli, kas ir ilgāki par 24h. Paralēli mikrogravitācijas iekārtatika pārbaudīta ar CellboxLabs izstrādātajiem mikrofluīdikas sūkņiem, un irveikti pirmie šūnu audzēšanas eksperimenti, lai optimizētu plūsmu.

Kā arī CellboxLabs piedalījās vienā nopopulārākajām Latvijas Radio staciju sērijām "Prāts izglābs pasauli” parorgāni uz čipa šī brīža un nākotnes lomu. Visbeidzot, LBMC un CellboxLabsprezentēja projekta pašreizējos rezultātus 2. pasaules mikrofizioloģiskosistēmu samitā Berlīnē.

Informācija publicēta 30.06.2023.


Šajā periodā mēs veicām eksperimentus mikrogravitācijā un plušu vēzis uz čipa ar cisplatīnu un bez tā, salīdzinot ar parasto gravitāciju, lai novērtētu dinamisko 3D vēža modeļa cisplatīna rezistenci mikrogravitācijā. Salīdzinājumam ir veikti infekcijas eksperimenti ar SARS-COV-2 pseidovīrusu uz plaušām uz čipa un plaušām uz insertiem. Turklāt ir veikti pirmie dzīvie SOSR-COV-2 vīrusa infekcijas eksperimenti ar plaušām uz čipa, testējot BSL3 saderīgus sūknēšanas risinājumus.

Visbeidzot, CellboxLabs CEO sniedza interviju žurnālā Forbes par tehnoloģijām, ko uzņēmums attīsta, CTO viesojās Rīgas Tehniskās Universitātes Inženieru skolā, kur viņš skolēniem skaidroja mūsu tehnoloģijas un projekta vadītājs Artūrs Ābols sniedza interviju, lai informētu industrijas pārstāvjus un žurnālam Medicus Bonus, lai informētu ārstus par orgāni uz čipa tehnoloģiju un pielietojumu šī projekta ietvaros.

Informācija publicēta 30.09.2023.


Šajā periodā mēs panācām ievērojamus panākumus projektā izstrādāto prototipu testēšanā. Liels sasniegums bija veiksmīga LocBox prototipa testēšana, kas izstrādāta tā, lai tā būtu saderīga ar 3. bioloģiskās drošības līmeņa (BSL3) nosacījumiem. Šis prototips tika rūpīgi pārbaudīts, izmantojot SARS-CoV-2 pseidovīrusu, kas satur GFP gēnu. Mēs izstrādājām visaptverošu darbplūsmu prototipa izmantošanai BSL3 apstākļos. Balstoties uz šiem panākumiem, mēs turpinājām pārbaudīt prototipu ar dzīvu SARS-CoV-2 vīrusu, vēl vairāk demonstrējot tā efektivitāti un drošību.

Vēl viens novatorisks sasniegums bija LocBox prototipa testēšana, kas izstrādāta mikrogravitācijas apstākļiem. Mēs pētījām mikrogravitācijas ietekmi uz plaušu vēža modeli, izmantojot A549 šūnu līnijas, īpaši koncentrējoties uz zāļu rezistenci, piemēram, pret cisplatīnu, nepārtrauktas plūsmas apstākļos. Šie testi ne tikai apstiprināja mikrogravitācijas ietekmi uz vēža modeļiem, kā iepriekš ziņots literatūrā, bet arī atklāja būtiskas atšķirības zāļu reakcijā mikrogravitācijas apstākļos, salīdzinot statiskos un nepārtrauktas plūsmas apstākļus.

Mūsu projekta atklājumi un jauninājumi tika ziņoti 4 starptautiskās konferencēs gan ar plakātu, gan mutisku prezentāciju palīdzību. Papildus ir sagatavoti un iesniegti publicēšanai divi pētnieciskie raksti, kuros sīki izklāstīti mūsu projekta rezultāti. Nozīmīgā virzībā uz komercializāciju mūsu projekta partneris CellboxLabs iesniedza patenta pieteikumu, uzsverot mūsu pētījuma praktisko pielietojumu.

Turklāt mūsu apņemšanās iesaistīties popular zinātniskos pasākumos bija acīmredzama, jo mēs piedalījāmies 17 pasākumos, kuru mērķis bija izplatīt mūsu atklājumus plašākai sabiedrībai. Tā kā visi projekta uzdevumi ir izpildīti, kā dokumentēts detalizētajos ziņojumos un projekta gala ziņojumā, mēs apliecinām šī vērienīgā projekta veiksmīgu pabeigšanu.

Informācija publicēta 30.11.2023.

Cellbox Labs gut on chip
Cellbox Labs gut on chip

Get in touch