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Biosensors for bioengineering

About

The Biosensors for bioengineering group is a junior group under IBEC’s Tenure Track scheme.

Our research is focused on multi tissues organs-on-a-chip (OOC) and more specifically in the metabolic crosstalk within tissues and their relationship with metabolic diseases. Our projects are focused on four key tissues regulating glucose homeostasis, namely, the pancreas, liver, skeletal muscle, and adipose tissue. To achieve this objective, it is necessary a combined interdisciplinary approach.

Biomaterials and tissue engineering research

1) We have several lines of research related with skeletal muscle. Our first approach was with C2C12 mice cell line. We evaluated the influence of mechanical stiffness and geometrical confinement on the 3D culture of myoblast-laden chemically modified gelatin photo-cross linkable composite hydrogels in terms of in vitro myogenesis.

2) Encapsulation of beta-cells like from human skin fibroblast (collaboration with IDIBAPS). This work addresses two critical issues in the design of an efficient beta-cell replacement therapy: an accessible cell source for generation of substitute beta-cells and an adequate delivery device for transplantation. On one hand, we propose to generate transplantable functional insulin-producing beta-cells from fibroblasts through direct reprogramming strategies that bypass the pluripotent iPS stage. On a second objective, we are working in a new system of encapsulating beta-cells like in two steps, microencapsulation to protect cells from immune system and microencapsulation to mechanically protect them and manipulate them.

3) We are developing three-dimensional micro liver models using various biomaterials to recreate the in vivo-like mechanical properties and using hepatocytes and stellate cells. We are collaborating with Grifols company to test some drugs in our model.

4) We have a collaboration project with NovoNordisk to work in new approaches to encapsulate retinal cells.

Biosensing technology:

1) Integrating biosensors in an organ-on-a-chip. We are studying with in situ electrochemical biosensors the release of insulin under the effect of external stimuli, changes in glucose levels and myokines secreted by skeletal muscle (multi-OOC approach).

2) Related with this project we are implementing new biosensors systems. To fully exploit the potential of the organs-on-a-chip, there is a need to interface them to integrated sensing modules, capable to monitor in real-time their biochemical response to external stimuli, like stress or drugs.  The goal of this project is to answer this need, by developing a novel technology based on integrating localized surface plasmon resonance (LSPR) sensing module to organs-on-a-chip devices to monitor disease and evaluate drug response in organs-on-a-chip models.

3) Myotonic dystrophy type 1 (DM1) (collaboration with Hospital de la Fe and INCLIVA, Valencia, Spain). We have developed human skeletal muscle micro physiological tissues using micro molding technology and we have integrated them with amperometric biosensors to study the inflammatory process related with electrical and chemical stimuli. We have used transdifferentiated skin fibroblast human cells from DM1 patients and healthy human. Using this platform, we have started to evaluate different treatments, to screen drugs and to evaluate doses.

4) NMR integrated with OOC. The objective of this project is to develop a new technology based on magnetic resonance spectroscopy and imaging using dynamic nuclear polarisation (DNP-MR) integrated with OOC devices to monitor disease and evaluate drug response in OOC models. As a proof-of-concept, this project will fabricate a biomimetic multi OOC integrated device composed of liver spheroids and pancreatic islets and develop the necessary DNP-MR hardware and software to study metabolic diseases and for future drug screening applications. We are working in collaboration with Oxford instrument and Multiwave companies. 

Staff

Projects

NATIONAL PROJECTSFINANCERPI
Development of a “Muscle-on-a-Chip” (MoC) platform for the preclinical evaluation of potential therapies for Duchenne muscular dystrophy (2020-2022)DUCHENNE ESPAÑA, IV Convocatoria Ayudas a Proyectos de InvestigaciónJuanma Fernandez
BLAD · BioLiver Assist Device (2020-2021)AGAUR, Ajuts per a projectes innovadors amb potencial d’incorporació al sector productiu – LLAVORJavier Ramón
INNOTEC- Javier Ramon- Naturfiltr (2021-2023)TECNIOJavier Ramón
ASITOC Atomic-Sensor-Integrated Tissue-On-a-Chip: optically detected biomagnetism to understand muscular diseases (2021-2022)BIST_Barcelona Institute of Science and TechnologyJuanma Fernandez
INTERNATIONAL PROJECTSFINANCERPI
DAMOC · ‘Diabetes Approach by Multi-Organ-on-a-Chip’ (2017-2022)ERCJavier Ramón
BLOC · Benchtop NMR for Lab-on-Chip (2020-2022)European Comission FET-OpenJavier Ramón
PRIVATELY FUNDED PROJECTSFINANCERPI
Tatami · Therapeutic targeting of MBNL microRNAs as innovative treatments for myotonic dystrophy (2019-2022)Fundació bancaria “La Caixa”Javier Ramón
FINISHED PROJECTSFINANCERPI
Programa Faster Future 2020: COVID-19 (2021)FundraisingJavier Ramón
INDUCT · Fabrication of a biomimetic in vitro model of the intestinal tube muscle wall: smooth muscle-on-a-chip (2018-2020)MINECOJavier Ramón

Publications



(See full publication list in ORCID)
[br]

Equipment


Micro and nanofabrication techniques:

  • 3D microstructures on hydrogel materials
  • Mini-bioreactor for 3D cell culture
  • Microelectrodes fabrication
  • Synthesis and chemical modification of polymers and surfaces
  • Dielectrophoretic cells and micro particles manipulation

Characterization techniques:

  • Optical Microscopes (white light/epifluorescence)
  • Electrochemical techniques (Potentiometric/Amperometric/Impedance spectroscopy)
  • Immunosensing techniques (Fluorescence ELISA/Colorimetric ELISA/magneto ELISA)

Equipment:

  • Microfluidic systems (High precision syringe pumps/Peristaltic pumps/Micro valves)
  • Biological safety cabinet (class II)
  • Epifluorescence microscope for live-cell imaging
  • Pulsar – a high-resolution, 60MHz benchtop NMR spectrometer from Oxford Instruments

Access to the Nanotechnology Platform (IBEC Core Facilities): equipment for hot embossing lithography, polymer processing and photolithography, chemical wet etching, e-beam evaporation and surface characterization (TOF-SIMS)
Access to the Scientific and Technological Centers (University of Barcelona): equipment for surface analysis (XPS, AFM, XRD), organic structures characterization (NMR) and microscopy techniques (SEM, TEM, confocal)

Collaborations

  • Prof. Josep Samitier
    IBEC
  • Dr. Elena Martinez
    IBEC
  • Dr. Anna Novials
    Institut d’Investigacions Biomediques August Pi i Sunyer (IDIBAPS)
  • Dr. Ramon Gomís
    Institut d’Investigacions Biomediques August Pi i Sunyer (IDIBAPS)
  • Dr. Eduard Montanya
    The Bellvitge Biomedical Research Institute (IDIBELL)
  • Prof. Enric Bertran
    Physics and Engineering of Amorphous Materials and Nanostructures (FEMAN), Department of Applied Physics, University of Barcelona
  • Dr. Montserrat Costa
    2020, Director Plasma Proteins Research, Bioscience Industrial Group, Grifols, Barcelona Spain
    Collaborative project 
  • Tryfon Antonakakis
    2019, Co-Founder & CEO Multiwave Technologies AG 3 Chemin du
    Pré Fleuri 1228, Geneva Switzerland
    FET-open project 
  • Robert Hardy
    2019,  Project Manager Oxford Instruments plc Abingdon, Oxfordshire, EnglandFET-open project 
  • Dr. Carlos Villaescusa
    2018, Principal Scientist/Specialist, Project Leader, Department of Stem Cell Discovery, Novo Nordisk Denmark
    Collaborative project 

Clinical collaborations

  • Project “TATAMI” funded by Fundación Bancaria “La Caixa” – CaixaHealth program. In this project, we are developing a platform to perform drug screening analysis in human engineered microtissues in close collaboration with Professor Ruben Artero from Instituto de Investigaciones Clínicas de Valencia (INCLIVA) and medical doctor Vilchez from Hospital de la Fe (Valencia) 
  • We are also collaborating with Hospital de Sant Pau (Barcelona), with the group of senior professor Isabel Illa Sendra we are developing human microtissues to study the myasthenia gravis neuromuscular rare disease. 
  • In a Smart Specialization Project (RIS3CAT, ADVANCECAT project), I am working with senior professor Eduard Montanya from Hospital de Bellvitge (Barcelona) to develop transplantable patches of human pancreatic islets. 
  • Finally, we are collaborating with Doctor Jesus Castro from Hospital de la Vall de Hebron (Barcelona) to study chronic fatigue. 

News

Investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) liderados por el Profesor de Investigación ICREA Javier Ramón, aparecen en los medios por un reciente estudio en colaboración con investigadores del IDIBAPS, en el que han desarrollado pequeñas esferas capaces de responder a variaciones en los niveles de glucosa y producir insulina in vitro.

Bioingeniería para tratar la diabetes en los medios

Investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) liderados por el Profesor de Investigación ICREA Javier Ramón, aparecen en los medios por un reciente estudio en colaboración con investigadores del IDIBAPS, en el que han desarrollado pequeñas esferas capaces de responder a variaciones en los niveles de glucosa y producir insulina in vitro.

Investigadores del IBEC, en colaboración con el IDIBAPS en Barcelona, ​​han desarrollado pequeñas esferas capaces de responder a variaciones en los niveles de glucosa y producir insulina in vitro. Estos esferoides biomiméticos y no tóxicos contienen células β pancreáticas y se prepararon utilizando la bioimpresión 3D. Este enfoque podría ayudar en el futuro a mejorar los resultados clínicos de las estrategias de trasplante de células β para el tratamiento de la diabetes, así como para las plataformas in vitro de desarrollo de fármacos.

Innovadoras esferas hechas con bioingeniería podrían ayudar a tratar la diabetes

Investigadores del IBEC, en colaboración con el IDIBAPS en Barcelona, ​​han desarrollado pequeñas esferas capaces de responder a variaciones en los niveles de glucosa y producir insulina in vitro. Estos esferoides biomiméticos y no tóxicos contienen células β pancreáticas y se prepararon utilizando la bioimpresión 3D. Este enfoque podría ayudar en el futuro a mejorar los resultados clínicos de las estrategias de trasplante de células β para el tratamiento de la diabetes, así como para las plataformas in vitro de desarrollo de fármacos.

Más de trescientos expertos internacionales en el campo de la investigación en terapias regenerativas se citaron en el simposio organizado por el Instituto de Bioingeniería de Catalunya (IBEC) para presentar los últimos avances en miniórganos, órganos en un chip, bioimpresión 3D e ingeniería de tejidos, entre otros.

Las terapias regenerativas del futuro confluyeron en el Simposio IBEC, con expertos internacionales y más de 300 inscritos

Más de trescientos expertos internacionales en el campo de la investigación en terapias regenerativas se citaron en el simposio organizado por el Instituto de Bioingeniería de Catalunya (IBEC) para presentar los últimos avances en miniórganos, órganos en un chip, bioimpresión 3D e ingeniería de tejidos, entre otros.

En una publicación reciente en la revista Nanophotonics, investigadores del IBEC presentan un nuevo biosensor para la detección directa y sensible de la proteína interleucina-6 en el músculo, un indicador de inflamación y de potencial enfermedad, demostrando el alto rendimiento del dispositivo en músculos esqueléticos obtenidos por bioingeniería 3D. Este nuevo enfoque puede resultar en una herramienta prometedora para medir la eficacia de fármacos frente a enfermedades en las que hay inflamación, como la distrofia muscular.

Nuevo biosensor con alta sensibilidad detecta marcador inflamatorio en músculo

En una publicación reciente en la revista Nanophotonics, investigadores del IBEC presentan un nuevo biosensor para la detección directa y sensible de la proteína interleucina-6 en el músculo, un indicador de inflamación y de potencial enfermedad, demostrando el alto rendimiento del dispositivo en músculos esqueléticos obtenidos por bioingeniería 3D. Este nuevo enfoque puede resultar en una herramienta prometedora para medir la eficacia de fármacos frente a enfermedades en las que hay inflamación, como la distrofia muscular.

Investigadores del IBEC liderados por Javier Ramón y Juan M. Fernández desarrollan el primer modelo tridimensional para la distrofia miotónica, una enfermedad rara y sin cura. El modelo combina células de paciente y técnicas de bioingeniería y representa un gran avance con respecto a la utilización de animales y de cultivos celulares. Permitirá diseñar tratamientos personalizados y más efectivos, y testar futuros fármacos de una manera mucho más eficiente.

Hacia un tratamiento para la distrofia miotónica: primer modelo 3D con células de pacientes

Investigadores del IBEC liderados por Javier Ramón y Juan M. Fernández desarrollan el primer modelo tridimensional para la distrofia miotónica, una enfermedad rara y sin cura. El modelo combina células de paciente y técnicas de bioingeniería y representa un gran avance con respecto a la utilización de animales y de cultivos celulares. Permitirá diseñar tratamientos personalizados y más efectivos, y testar futuros fármacos de una manera mucho más eficiente.

A project led by Elisabeth Engel aimed to fabricate and test a dressing prototype for wound healing, and another project led by Javier Ramón with the goal of developing an artificial liver, have been granted by the Knowledge Industry Programme of the Catalan Government.

Two IBEC projects granted by “Knowledge Industry Call” of the Catalan Government

A project led by Elisabeth Engel aimed to fabricate and test a dressing prototype for wound healing, and another project led by Javier Ramón with the goal of developing an artificial liver, have been granted by the Knowledge Industry Programme of the Catalan Government.

Desde el 31 de octubre hasta el 7 de noviembre participantes de distintos ámbitos y nacionalidades participaron en la 3ª edición del Innovation Day (i-Day), una serie de eventos organizados por EIT Health en colaboración con instituciones locales de investigación y salud.

IBEC participa en el Innovation Day Barcelona 2020

Desde el 31 de octubre hasta el 7 de noviembre participantes de distintos ámbitos y nacionalidades participaron en la 3ª edición del Innovation Day (i-Day), una serie de eventos organizados por EIT Health en colaboración con instituciones locales de investigación y salud.

La semana pasada varios investigadores del IBEC fueron galardonados por su calidad en la difusión de la bioingeniería. Desde charlas científicas hasta videos y posters, los científicos e ingenieros del IBEC muestran su talento dentro y fuera del laboratorio.

Investigadores del IBEC galardonados por sus actividades de comunicación

La semana pasada varios investigadores del IBEC fueron galardonados por su calidad en la difusión de la bioingeniería. Desde charlas científicas hasta videos y posters, los científicos e ingenieros del IBEC muestran su talento dentro y fuera del laboratorio.

Investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) desarrollan un novedoso andamio que permite el crecimiento de tejido muscular en el laboratorio a escala milimétrica. Esta tecnología abre la puerta a potenciales aplicaciones en campos como por ejemplo, el trasplante de órganos y la ingeniería, el cribaje de fármacos y el modelado de enfermedades.

Nanotecnología para mejorar el crecimiento de tejidos humanos en el laboratorio

Investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) desarrollan un novedoso andamio que permite el crecimiento de tejido muscular en el laboratorio a escala milimétrica. Esta tecnología abre la puerta a potenciales aplicaciones en campos como por ejemplo, el trasplante de órganos y la ingeniería, el cribaje de fármacos y el modelado de enfermedades.

Javier Ramón, investigador principal del grupo “Biosensores para la Bioingeniería” en el IBEC, ha sido nombrado nuevo Profesor de investigación de la Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats, ICREA. Actualmente el IBEC acoge a 8 Profesores ICREA de un total de 22 jefes de grupo. Des del pasado 1 de abril, el Dr. Javier Ramón, investigador principal de grupo en el IBEC, ha pasado a formar parte de la comunidad de Profesores de Investigación ICREA, la Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats. ICREA es una fundación financiada por la Generalitat de Catalunya orientada a la contratación de personal científico internacional más extraordinario y con más talento. Con el nombramiento del Profesor Ramón, el IBEC acoge un total de 8 Profesores ICREA i 2 ICREA Academia (profesores de la UB adscritos al IBEC), uno de los números más altos entre todos los centros de investigación en Cataluña.  

Javier Ramón, nuevo professor ICREA en el IBEC

Javier Ramón, investigador principal del grupo “Biosensores para la Bioingeniería” en el IBEC, ha sido nombrado nuevo Profesor de investigación de la Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats, ICREA. Actualmente el IBEC acoge a 8 Profesores ICREA de un total de 22 jefes de grupo. Des del pasado 1 de abril, el Dr. Javier Ramón, investigador principal de grupo en el IBEC, ha pasado a formar parte de la comunidad de Profesores de Investigación ICREA, la Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats. ICREA es una fundación financiada por la Generalitat de Catalunya orientada a la contratación de personal científico internacional más extraordinario y con más talento. Con el nombramiento del Profesor Ramón, el IBEC acoge un total de 8 Profesores ICREA i 2 ICREA Academia (profesores de la UB adscritos al IBEC), uno de los números más altos entre todos los centros de investigación en Cataluña.  

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