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
Dieser Artikel präsentiert ein Protokoll zur Entwicklung eines mikrofluidischen Vagina-on-a-Chip (Vagina Chip), das die Untersuchung menschlicher Interaktionen mit einem lebenden vaginalen Mikrobiom unter mikroaerophilen Bedingungen ermöglicht. Dieses innovative Gerät zielt darauf ab, das Verständnis von Vaginalerkrankungen und die Entwicklung von mikrobiombasierten Therapeutika zu verbessern.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Mikrofluidik
- Vaginales Mikrobiom-Forschung
- Präklinische Modelle
Hintergrund
- Aktuelle 2D- und Organoid-Kulturen scheitern daran, die Komplexitäten der vaginalen Mikroumgebung zu replizieren.
- Tiermodelle spiegeln die menschlichen hormonellen Veränderungen während des Menstruationszyklus nicht genau wider.
- Das vaginale Mikrobiom variiert erheblich zwischen Menschen und anderen Spezies.
- Es besteht ein Bedarf an dynamischen Modellen zur Untersuchung vaginaler Dysbiose und potenzieller Therapeutika.
Zweck der Studie
- Entwicklung eines präklinischen Modells unter Verwendung von Organ-Chip-Technologie zum Studium menschlicher Vagina-Mikrobiom-Interaktionen.
- Untersuchung des Potenzials für die Entdeckung und Bewertung mikrobiombasierter Therapeutika.
- Schaffung einer Plattform, die eine physiologisch relevante Mikroumgebung aufrechterhält.
Verwendete Methoden
- Entwicklung eines mikrofluidischen Vagina-Chips.
- Unterstützung der spontanen Differenzierung des Vaginalepithels.
- Dynamischer Flüssigkeitsfluss durch das Vaginalepithel und Stroma.
- Ko-Kulturierung mit vaginalen mikrobiellen Konsortien.
Hauptergebnisse
- Der Vagina-Chip unterstützt erfolgreich eine starke Barriereantwort auf Hormone.
- Er erzeugt Sauerstoffgradienten, die das Mikrobiomwachstum unterstützen.
- Das Modell ermöglicht eine verlängerte Ko-Kulturierung mit vaginalen Mikroben.
- Es ahmt die physiologischen Bedingungen der menschlichen Vagina nach.
Schlussfolgerungen
- Der Vagina-Chip stellt einen bedeutenden Fortschritt beim Studium der vaginalen Gesundheit dar.
- Dieses Modell könnte zu neuen Erkenntnissen über vaginale Krankheiten und Therapien führen.
- Es bietet eine genauere Darstellung der Interaktionen des menschlichen vaginalen Mikrobioms.
Häufig gestellte Fragen
Executive Industry Relevance
The human Vagina-on-a-Chip model addresses a critical gap in preclinical women's health research by enabling physiologically relevant studies of vaginal microenvironments. This platform supports predictive confidence in evaluating microbiome-host interactions and de-risking early-stage therapeutic hypotheses for microbiome-based interventions. Its ability to recapitulate dynamic hormonal, microbial, and barrier conditions positions it as a strategic asset for portfolio advancement in reproductive health R&D.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of host-microbiome interactions under controlled, human-relevant conditions.
- Supports biological de-risking by modeling both healthy and dysbiotic vaginal states.
- Facilitates functional validation of therapeutic targets related to vaginal health and disease.
- Improves predictive confidence for advancing microbiome-based therapeutic concepts.
Screening & Assay Development
- Provides a validated, reproducible system for quantitative assessment of microbial engraftment and epithelial responses.
- Standardizes assay conditions with dynamic fluid flow and oxygen gradients for consistent outputs.
- Enables scalable screening of candidate therapeutics or microbial consortia in a physiologically relevant context.
- Supports reliable evaluation of compound effects on epithelial barrier integrity and pH modulation.
Translational & Preclinical Research
- Aligns preclinical modeling with human disease-relevant microenvironments for translational continuity.
- Facilitates risk-adjusted advancement decisions by providing mechanistic insights into host-microbiome dynamics.
- Supports biomarker discovery and validation for vaginal health endpoints.
- Reduces translational gaps associated with traditional animal or static in vitro models.
Pipeline & Workflow Integration
This microfluidic model integrates into the discovery-to-preclinical continuum, bridging early mechanistic studies and translational validation for microbiome-based therapeutics.
- Discovery Biology: Enables hypothesis testing of microbial and hormonal influences on epithelial function and barrier integrity.
- Screening: Provides quantitative, reproducible outputs for microbial engraftment and pH modulation under dynamic conditions.
- Analytics: Supports measurement of epithelial differentiation, barrier response, and microbiome composition for comparative analysis.
- Translational Research: Offers a disease-relevant system for preclinical validation of candidate interventions.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable platform for diverse studies in vaginal health and microbiome research.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in vaginal health research.
- Operational Value: Delivers standardized, scalable, and reproducible workflows for cross-functional teams.
- Strategic Value: Enables informed go/no-go decisions and capital-efficient advancement of microbiome-based programs.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and accelerates development of novel women's health therapeutics.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfluidics, primary cell culture, and microbiome handling.
- Needs access to dynamic flow modules and analytical infrastructure for quantitative readouts.
- Demands cross-team standardization of protocols for reproducibility and data comparability.
- Adaptation may be needed for different microbial consortia or hormonal conditions.
- Limitations include the need for careful control of oxygen gradients and medium composition to maintain physiological relevance.
Biopharma FAQs
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
