Modellierung gesunder und dysbiotischer vaginaler Mikroumgebungen in einer menschlichen Vagina-on-a-Chip
16. Februar 2024
In diesem Artikel wird ein Protokoll zur Erstellung eines mikrofluidischen Vagina-on-a-Chip-Kulturgeräts (Vagina Chip) beschrieben, das die Untersuchung der Interaktionen des menschlichen Wirts mit einem lebenden vaginalen Mikrobiom unter mikroaerophilen Bedingungen ermöglicht. Dieser Chip kann sowohl als Werkzeug zur Erforschung von Vaginalerkrankungen als auch zur Entwicklung und Erprobung möglicher therapeutischer Gegenmaßnahmen eingesetzt werden.
Wir haben erfolgreich einen humanen Vagina-Chip entwickelt, der die spontane Differenzierung von plattenepithelialem geschichtetem Vaginalepithel unterstützt, eine starke Barriere bildet, auf Hormone reagiert und ein Mikrobiom erzeugt, das Sauerstoffgradienten unterstützt. 2D- und Organoidkulturen werden derzeit zur Untersuchung der vaginalen Dysbiose verwendet, aber sie sind aufgrund ihrer statischen Natur nicht in der Lage, die physiologischen Komplexitäten der vaginalen Mikroumgebung nachzuahmen. Auch Tiermodelle können nicht die gleichen hormonellen Veränderungen modellieren, die im menschlichen Menstruationszyklus vorhanden sind, und das vaginale Mikrobiom unterscheidet sich zwischen Tierarten und Menschen.
Wir wollten untersuchen, ob die Organchip-Technologie zur Entwicklung eines präklinischen Modells für menschliche Vagina-Mikrobiom-Interaktionen verwendet werden kann, das möglicherweise für die Entdeckung und Bewertung potenzieller Mikrobiom-basierter Therapeutika verwendet werden könnte. Der Vagina-Chip ermöglicht einen dynamischen Flüssigkeitsfluss durch das vaginale Epithel und das Stroma, was die Co-Kultivierung mit vaginalen mikrobiellen Konsortien verlängert und eine physiologisch relevante Mikroumgebung aufrechterhält. Die menschliche Vagina-on-a-Chip ist ein spannendes Werkzeug, mit dem verschiedene Erkrankungen des weiblichen Fortpflanzungstrakts untersucht und neue Biotherapeutika validiert werden können.
Übersicht
In diesem Artikel wird ein Protokoll zur Entwicklung eines mikrofluidischen Vagina-auf-einem-Chip (Vagina Chip) vorgestellt, das die Untersuchung menschlicher Wechselwirkungen mit einem lebenden vaginalen Mikrobiom unter mikroaerophilen Bedingungen ermöglicht. Dieses innovative Gerät zielt darauf ab, das Verständnis von Vaginalerkrankungen zu verbessern und die Entwicklung mikrobiombasierter Therapeutika voranzutreiben.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Mikrofluidik
- Forschung zum vaginalen Mikrobiom
- Präklinische Modelle
Hintergrund
- Aktuelle 2D- und Organoidkulturen können die Komplexität des vaginalen Mikromilieus nicht replizieren.
- Tiermodelle spiegeln hormonelle Veränderungen beim Menschen während des Menstruationszyklus nicht genau wider.
- Das Vaginalmikrobiom unterscheidet sich signifikant zwischen Menschen und anderen Arten.
- Es besteht Bedarf an dynamischen Modellen, um vaginale Dysbiose und potenzielle Therapeutika zu untersuchen.
Zweck der Studie
- Entwicklung eines präklinischen Modells unter Verwendung der Organ-auf-einem-Chip-Technologie zur Untersuchung der Wechselwirkungen des menschlichen Vaginalmikrobioms.
- Untersuchung des Potenzials für die Entdeckung und Bewertung mikrobiombasierter Therapeutika.
- Schaffung einer Plattform, die ein physiologisch relevante Mikroumgebung aufrechterhält.
Verwendete Methoden
- Entwicklung eines mikrofluidischen Vagina-Chips.
- Unterstützung der spontanen Differenzierung des Vaginalepithels.
- Dynamischer Fluidfluss durch das Vaginalepithel und das Stromagewebe.
- Kokultur mit vaginalen mikrobiellen Gemeinschaften.
Hauptergebnisse
- Der Vagina-Chip unterstützt erfolgreich eine starke Barrierefunktion als Reaktion auf Hormone.
- Er erzeugt Sauerstoffgradienten, die das Wachstum des Mikrobioms fördern.
- Das Modell ermöglicht eine langfristige Kokultivierung mit vaginalen Mikroben.
- Es imitiert die physiologischen Bedingungen der menschlichen Vagina.
Schlussfolgerungen
- Der Vagina-Chip stellt einen bedeutenden Fortschritt bei der Erforschung der Vaginalgesundheit dar.
- Dieses Modell könnte zu neuen Erkenntnissen über Vaginalerkrankungen und Therapien führen.
- Es bietet eine genauere Darstellung der Wechselwirkungen des menschlichen vaginalen Mikrobioms.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Das menschliche Vagina-auf-einem-Chip-Modell schließt eine entscheidende Lücke in der präklinischen Frauen-Gesundheitsforschung, indem es physiologisch relevante Untersuchungen der vaginalen Mikroumgebungen ermöglicht. Diese Plattform erhöht die Vorhersagegenauigkeit bei der Bewertung von Mikrobiom-Wirt-Wechselwirkungen und verringert das Risiko früher therapeutischer Hypothesen für mikrobiombasierte Interventionen. Die Fähigkeit, dynamische hormonelle, mikrobielle und Barrierebedingungen nachzubilden, macht es zu einer strategischen Ressource für die Weiterentwicklung von Portfoliovorhaben in der Forschung und Entwicklung im Bereich der Fortpflanzungsgesundheit.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht die Untersuchung von Wirt-Mikrobiom-Interaktionen unter kontrollierten, für den Menschen relevanten Bedingungen.
- Unterstützt die biologische Ent风险bewertung, indem sowohl gesunde als auch dysbiotische Vaginalzustände modelliert werden.
- Erleichtert die funktionelle Validierung therapeutischer Zielstrukturen im Zusammenhang mit vaginaler Gesundheit und Erkrankungen.
- Verbessert die Vorhersagesicherheit bei der Weiterentwicklung mikrobiombasierter therapeutischer Konzepte.
Screening und Assay-Entwicklung
- Bietet ein validiertes, reproduzierbares System zur quantitativen Beurteilung der mikrobiellen Engraftment und epithelialen Reaktionen.
- Standardisiert die Testbedingungen mit dynamischem Flüssigkeitsfluss und Sauerstoffgradienten für konsistente Ergebnisse.
- Ermöglicht eine skalierbare Untersuchung von Wirkstoffkandidaten oder mikrobiellen Assoziationen in einem physiologisch relevanten Kontext.
- Ermöglicht eine zuverlässige Bewertung der Wirkung von Verbindungen auf die Integrität der epithelialen Barriere und die pH-Modulation.
Translationale und präklinische Forschung
- Stellt die präklinische Modellierung auf menschliche, krankheitsrelevante Mikroumgebungen aus, um die Translation kontinuierlich sicherzustellen.
- Unterstützt risikoadjustierte Entscheidungen über die Weiterentwicklung, indem mechanistische Einblicke in die Dynamik von Wirt und Mikrobiom bereitgestellt werden.
- Ermöglicht die Entdeckung und Validierung von Biomarkern für Endpunkte der Vaginalgesundheit.
- Verringert die translationsbedingten Lücken, die mit herkömmlichen tierexperimentellen oder statischen In-vitro-Modellen verbunden sind.
Pipeline- und Workflow-Integration
Dieses mikrofluidische Modell integriert sich in den Übergang von der Entdeckung zur präklinischen Phase und verbindet frühe mechanistische Studien mit der translationsmedizinischen Validierung von mikrobiom-basierten Therapeutika.
- Entdeckungsbiologie: Ermöglicht die Hypothesenprüfung mikrobieller und hormoneller Einflüsse auf die epitheliale Funktion und Barriereintegrität.
- Screening: Bietet quantitative, reproduzierbare Ergebnisse zur mikrobiellen Besiedlung und pH-Modulation unter dynamischen Bedingungen.
- Analytik: Unterstützt die Messung der epithelialen Differenzierung, der Barriereantwort und der Mikrobiomzusammensetzung für vergleichende Analysen.
- Translationale Forschung: Stellt ein krankheitsrelevantes System für die präklinische Validierung von Wirkstoffkandidaten bereit.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Dient als wiederverwendbare Plattform für vielfältige Studien zur Vaginalgesundheit und Mikrobiomforschung.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit und verringert mechanistische Unschärfen in der Forschung zur vaginalen Gesundheit.
- Operationaler Wert: Bietet standardisierte, skalierbare und reproduzierbare Arbeitsabläufe für fachübergreifende Teams.
- Strategischer Wert: Ermöglicht fundierte Go/No-Go-Entscheidungen und kapitaleffiziente Weiterentwicklung von mikrobiom-basierten Programmen.
- Portfolio-Wirkung: Unterstützt die risikoadjustierte Priorisierung und beschleunigt die Entwicklung neuartiger Therapeutika für die Frauengesundheit.
Durchführungsüberlegungen
- Erfordert Fachkenntnisse in Mikrofluidik, Kultur primärer Zellen und Umgang mit Mikrobiomen.
- Benötigt Zugang zu dynamischen Durchflussmodulen und analytischer Infrastruktur für quantitative Messungen.
- Setzt eine standardisierte Protokollierung über Teamgrenzen hinweg zur Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit der Daten voraus.
- Möglicherweise ist eine Anpassung für unterschiedliche mikrobielle Gemeinschaften oder hormonelle Bedingungen erforderlich.
- Zu den Einschränkungen gehört die sorgfältige Kontrolle von Sauerstoffgradienten und Mediumzusammensetzung, um die physiologische Relevanz sicherzustellen.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
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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
