نمذجة البيئات الدقيقة المهبلية الصحية وعسر التنشيط في مهبل بشري على رقاقة
فبراير 16, 2024
توضح هذه المقالة بروتوكولا لإنشاء جهاز زراعة مهبل على رقاقة (Vagina Chip) يمكن من دراسة تفاعلات المضيف البشري مع ميكروبيوم مهبلي حي في ظل ظروف microaerophilic. يمكن استخدام هذه الشريحة كأداة للتحقيق في الأمراض المهبلية وكذلك لتطوير واختبار التدابير المضادة العلاجية المحتملة.
لقد نجحنا في تطوير شريحة مهبلية بشرية تدعم التمايز التلقائي للظهارة المهبلية الطبقية الحرشفية ، وتشكل حاجزا قويا ، وتستجيب للهرمونات ، وتولد ميكروبيوم يدعم تدرجات الأكسجين. تستخدم مزارع 2D والثقافات العضوية حاليا لدراسة dysbiosis المهبلي ، لكنها غير قادرة على تقليد التعقيدات الفسيولوجية للبيئة المكروية المهبلية بسبب طبيعتها الثابتة. لا يمكن للنماذج الحيوانية أيضا نمذجة نفس التغيرات الهرمونية الموجودة في الدورة الشهرية البشرية ، ويختلف الميكروبيوم المهبلي عبر الأنواع الحيوانية والبشر.
شرعنا في استكشاف ما إذا كان يمكن استخدام تقنية رقائق الأعضاء لتطوير نموذج ما قبل السريري لتفاعلات ميكروبيوم المهبل البشري ، والتي يمكن استخدامها لاكتشاف وتقييم العلاجات المحتملة القائمة على الميكروبيوم. تسمح رقاقة المهبل بتدفق السوائل الديناميكي عبر ظهارة المهبل والسدى ، مما يطيل من ثقافتها المشتركة مع الاتحادات الميكروبية المهبلية وتحافظ على بيئة دقيقة ذات صلة من الناحية الفسيولوجية. المهبل البشري على رقاقة هو أداة مثيرة يمكن استخدامها لدراسة أمراض مختلفة من الجهاز التناسلي للأنثى والتحقق من صحة العلاجات الحيوية الجديدة.
نظرة عامة
يقدم هذا المقال بروتوكولاً لتطوير شريحة ميكروفلويديك تحاكي المهبل (Vagina Chip)، والتي تسهل دراسة التفاعلات البشرية مع الميكروبيوم المهبلي الحي تحت ظروف ميكرو-هوائية. يهدف هذا الجهاز المبتكر إلى تعزيز فهم الأمراض المهبلية وتطوير علاجات قائمة على الميكروبيوم.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- الموائع الدقيقة
- أبحاث الميكروبيوم المهبلي
- النماذج قبل السريرية
خلفية علمية
- تفشل المزارع ثنائية الأبعاد ومزارع العضوانيات الحالية في محاكاة تعقيدات البيئة المجهرية للمهبل.
- لا تعكس النماذج الحيوانية بدقة التغيرات الهرمونية البشرية خلال الدورة الشهرية.
- يختلف الميكروبيوم المهبلي بشكل كبير بين البشر والأنواع الأخرى.
- هناك حاجة إلى نماذج ديناميكية لدراسة اختلال التوازن الميكروبي المهبلي والعلاجات المحتملة.
الغرض من الدراسة
- تطوير نموذج قبل سريري باستخدام تقنية شريحة العضو (organ chip) لدراسة تفاعلات ميكروبيوم المهبل البشري.
- بحث إمكانية اكتشاف وتقييم العلاجات القائمة على الميكروبيوم.
- إنشاء منصة تحافظ على بيئة دقيقة ذات صلة من الناحية الفسيولوجية.
الطرق المستخدمة
- تطوير شريحة مهبل مائعية دقيقة.
- دعم التمايز التلقائي للظهارة المهبلية.
- تدفق سائل ديناميكي عبر الظهارة والسدى المهبليين.
- الزراعة المشتركة مع التجمعات الميكروبية المهبلية.
النتائج الرئيسية
- يدعم شريحة المهبل بنجاح استجابة حاجزية قوية للهرمونات.
- تقوم الشريحة بتوليد تدرجات أكسجين تدعم نمو الميكروبيوم.
- يسمح هذا النموذج بالاستزراع المشترك لفترات طويلة مع الميكروبات المهبلية.
- يحاكي النموذج الظروف الفسيولوجية للمهبل البشري.
الاستنتاجات
- تمثل شريحة المهبل تقدماً كبيراً في دراسة صحة المهبل.
- يمكن أن يؤدي هذا النموذج إلى رؤى جديدة حول أمراض المهبل وعلاجاتها.
- يوفر هذا النموذج تمثيلاً أكثر دقة للتفاعلات الخاصة بالميكروبيوم المهبلي البشري.
الأسئلة الشائعة
الأهمية التنفيذية في المجال الصناعي
يعالج نموذج "المهبل على شريحة" (Vagina-on-a-Chip) البشري فجوة حرجة في أبحاث صحة المرأة قبل السريرية من خلال تمكين دراسات ذات صلة فسيولوجياً بالبيئات المجهرية للمهبل. وتدعم هذه المنصة الثقة التنبؤية في تقييم التفاعلات بين الميكروبيوم والمضيف، وتقليل المخاطر المرتبطة بفرضيات العلاج في مراحلها المبكرة للتدخلات القائمة على الميكروبيوم. إن قدرتها على محاكاة الظروف الهرمونية والميكروبية وظروف الحاجز الخلوي الديناميكية تجعل منها أصلاً استراتيجياً لتطوير محفظة الأبحاث والتطوير في مجال الصحة الإنجابية.
التطبيقات الاستراتيجية في البحث والتطوير في مجال الأدوية الحيوية
الاكتشاف المبكر والتحقق من الهدف
- يُمكّن من استقصاء التفاعلات بين المضيف والميكروبيوم تحت ظروف خاضعة للرقابة وذات صلة بالبشر.
- يدعم الحد من المخاطر البيولوجية من خلال نمذجة الحالات المهبلية السليمة والمختلة على حد سواء.
- يسهل التحقق الوظيفي من الأهداف العلاجية المتعلقة بصحة المهبل وأمراضه.
- يعزز الثقة التنبؤية من أجل تطوير المفاهيم العلاجية القائمة على الميكروبيوم.
الفحص وتطوير المقايسة
- يوفر نظاماً مصادقاً عليه وقابلاً للتكرار للتقييم الكمي للاستزراع الميكروبي والاستجابات الظهارية.
- يوحد ظروف المقايسة من خلال تدفق السوائل الديناميكي وتدرجات الأكسجين لضمان نتائج متسقة.
- يتيح إجراء فحص قابل للتوسيع للعلاجات المرشحة أو التجمعات الميكروبية في سياق ذي صلة فيزيولوجياً.
- يدعم التقييم الموثوق لتأثيرات المركبات على سلامة الحاجز الظهاري وتعديل pH.
الأبحاث الانتقالية وما قبل السريرية
- يوائم النمذجة قبل السريرية مع البيئات الدقيقة ذات الصلة بالأمراض البشرية لضمان الاستمرارية الانتقالية.
- يسهل اتخاذ قرارات التقدم المعدلة حسب المخاطر من خلال تقديم رؤى ميكانيكية حول ديناميكيات العائل والميكروبيوم.
- يدعم اكتشاف المؤشرات الحيوية والتحقق من صحتها لنقاط النهاية الخاصة بصحة المهبل.
- يقلل من الفجوات الانتقالية المرتبطة بالنماذج الحيوانية التقليدية أو النماذج الساكنة في المختبر.
تكامل مسارات العمل والتدفقات التشغيلية
يتكامل هذا النموذج الموائع الدقيقة ضمن التسلسل الممتد من مرحلة الاكتشاف إلى المرحلة قبل السريرية، مما يربط الدراسات الميكانيكية المبكرة بالتحقق الانتقالي للعلاجات القائمة على الميكروبيوم.
- بيولوجيا الاكتشاف: تتيح اختبار الفرضيات المتعلقة بالتأثيرات الميكروبية والهرمونية على وظيفة الخلايا الظهارية وسلامة الحاجز الخلوي.
- الفحص: توفر مخرجات كمية وقابلة للتكرار لعملية التطعيم الميكروبي وتعديل pH تحت ظروف ديناميكية.
- التحليلات: تدعم قياس التمايز الظهاري، واستجابة الحاجز الخلوي، وتكوين الميكروبيوم لإجراء التحليلات المقارنة.
- الأبحاث الانتقالية: توفر نظاماً ذا صلة بالمرض للتحقق قبل السريري من التدخلات المرشحة.
- إعادة الاستخدام المؤسسي: تعمل كمنصة قابلة لإعادة الاستخدام لدراسات متنوعة في صحة المهبل وأبحاث الميكروبيوم.
التأثير التشغيلي والمؤسسي
- القيمة العلمية: تزيد من الثقة التنبؤية وتقلل من الغموض الميكانيكي في أبحاث الصحة المهبلية.
- القيمة التشغيلية: توفر سير عمل موحد وقابل للتوسع وإعادة الإنتاج للفرق متعددة الوظائف.
- القيمة الاستراتيجية: تتيح اتخاذ قرارات مدروسة بالاستمرار أو التوقف، وتدفع البرامج القائمة على الميكروبيوم إلى الأمام بكفاءة في استخدام رأس المال.
- تأثير المحفظة: تدعم ترتيب الأولويات وفقًا للمخاطر المعدلة، وتسرع تطوير علاجات مبتكرة لصحة المرأة.
اعتبارات التنفيذ
- يتطلب خبرة في الموائع الدقيقة، وزراعة الخلايا الأولية، والتعامل مع الميكروبيوم.
- يستلزم الوصول إلى وحدات التدفق الديناميكي والبنية التحتية التحليلية للقراءات الكمية.
- يتطلب توحيد البروتوكولات بين الفرق لضمان القابلية للتكرار ومقارنة البيانات.
- قد يكون التكيف مطلوباً لمختلف التجمعات الميكروبية أو الظروف الهرمونية.
- تشمل القيود الحاجة إلى التحكم الدقيق في تدرجات الأكسجين وتركيب الوسط للحفاظ على الصلة الفسيولوجية.
الأسئلة الشائعة حول الأدوية الحيوية
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:26
Seeding Organ Chips with Human Uterine Fibroblasts (HUFs) for Studying Living Vaginal Microbiome
4:07
Connecting Human Uterine Fibroblast-Seeded Organ Chips to Pods and Differentiation of Vaginal Epithelial Cells for Studying Living Vaginal Microbiome
6:20
Bacterial Inoculation of Organ Chips with Differentiated Human Vaginal Epithelial Cells for Studying Living Vaginal Microbiome Under Microaerophilic Conditions
