Modelado de microambientes vaginales sanos y disbióticos en una vagina humana en un chip
16 de febrero de 2024
Este artículo describe un protocolo para crear un dispositivo de cultivo microfluídico de vagina en un chip (Vagina Chip) que permite el estudio de las interacciones del huésped humano con un microbioma vaginal vivo en condiciones microaerofílicas. Este chip se puede utilizar como herramienta para investigar enfermedades vaginales, así como para desarrollar y probar posibles contramedidas terapéuticas.
Desarrollamos con éxito un chip de vagina humana que favorece la diferenciación espontánea del epitelio vaginal escamoso estratificado, forma una barrera fuerte, responde a las hormonas y genera un microbioma que soporta los gradientes de oxígeno. Los cultivos 2D y organoides se utilizan actualmente para estudiar la disbiosis vaginal, pero no son capaces de imitar las complejidades fisiológicas del microambiente vaginal debido a su naturaleza estática. Los modelos animales tampoco pueden modelar los mismos cambios hormonales presentes en el ciclo menstrual humano, y el microbioma vaginal difiere entre las especies animales y los humanos.
Nos propusimos explorar si la tecnología de chips de órganos se puede utilizar para desarrollar un modelo preclínico de las interacciones entre el microbioma de la vagina humana y el microbioma humano, que podría utilizarse para el descubrimiento y la evaluación de posibles terapias basadas en el microbioma. El chip de la vagina permite el flujo dinámico de fluido a través del epitelio y el estroma vaginal, lo que prolonga su cocultivo con los consorcios microbianos vaginales y mantiene un microambiente fisiológicamente relevante. La vagina humana en un chip es una herramienta emocionante que se puede utilizar para estudiar diversas enfermedades del tracto reproductivo femenino y validar nuevos productos bioterapéuticos.
Descripción general
Este artículo presenta un protocolo para desarrollar un microdispositivo vaginal en un chip (Chip Vaginal) que facilita el estudio de las interacciones humanas con un microbioma vaginal vivo en condiciones microaerófilas. Este dispositivo innovador tiene como objetivo mejorar la comprensión de las enfermedades vaginales y el desarrollo de terapéuticas basadas en el microbioma.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Microfluídica
- Investigación del microbioma vaginal
- Modelos preclínicos
Antecedentes
- Los cultivos actuales en 2D y de organoides no logran replicar las complejidades del microentorno vaginal.
- Los modelos animales no reflejan con precisión los cambios hormonales humanos durante el ciclo menstrual.
- El microbioma vaginal varía significativamente entre humanos y otras especies.
- Existe la necesidad de modelos dinámicos para estudiar la disbiosis vaginal y posibles terapéuticas.
Objetivo del estudio
- Desarrollar un modelo preclínico utilizando tecnología de chips de órganos para estudiar las interacciones del microbioma vaginal humano.
- Investigar el potencial de descubrimiento y evaluación de terapias basadas en el microbioma.
- Crear una plataforma que mantenga un microentorno fisiológicamente relevante.
Métodos Utilizados
- Desarrollo de un chip de vagina microfluídico.
- Apoyo a la diferenciación espontánea del epitelio vaginal.
- Flujo dinámico de fluidos a través del epitelio y estroma vaginal.
- Co-cultivo con consorcios microbianos vaginales.
Resultados principales
- El chip vaginal soporta con éxito una respuesta de barrera robusta a las hormonas.
- Genera gradientes de oxígeno que favorecen el crecimiento del microbioma.
- El modelo permite un co-cultivo prolongado con microbios vaginales.
- Imita las condiciones fisiológicas de la vagina humana.
Conclusiones
- El chip vaginal representa un avance significativo en el estudio de la salud vaginal.
- Este modelo podría conducir a nuevas perspectivas sobre las enfermedades y terapias vaginales.
- Ofrece una representación más precisa de las interacciones del microbioma vaginal humano.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
El modelo de Vagina-en-un-chip humano aborda un vacío crítico en la investigación preclínica de la salud femenina al permitir estudios fisiológicamente relevantes de los microentornos vaginales. Esta plataforma brinda confianza predictiva para evaluar las interacciones entre el microbioma y el huésped, y para reducir los riesgos de hipótesis terapéuticas en etapas iniciales destinadas a intervenciones basadas en el microbioma. Su capacidad para reproducir condiciones hormonales, microbianas y de barrera dinámicas la posiciona como un recurso estratégico para el avance de carteras en investigación y desarrollo de salud reproductiva.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite investigar las interacciones huésped-microbioma en condiciones controladas y relevantes para el ser humano.
- Apoya la reducción de riesgos biológicos mediante la modelización de estados vaginales tanto sanos como disbióticos.
- Facilita la validación funcional de dianas terapéuticas relacionadas con la salud y enfermedad vaginal.
- Mejora la confianza predictiva para avanzar en conceptos terapéuticos basados en el microbioma.
Desarrollo de Pruebas y Tamizaje
- Proporciona un sistema validado y reproducible para la evaluación cuantitativa del enraizamiento microbiano y las respuestas epiteliales.
- Normaliza las condiciones del ensayo con flujo dinámico de fluidos y gradientes de oxígeno para obtener resultados consistentes.
- Permite la realización de cribados escalables de fármacos candidatos o consorcios microbianos en un contexto fisiológicamente relevante.
- Facilita la evaluación confiable de los efectos de compuestos sobre la integridad de la barrera epitelial y la modulación del pH.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Alinea la modelización preclínica con microentornos relevantes para la enfermedad humana, garantizando una continuidad traslacional.
- Facilita decisiones de avance ajustadas al riesgo al proporcionar información mecanicista sobre la dinámica huésped-microbioma.
- Apoya el descubrimiento y la validación de biomarcadores para indicadores de salud vaginal.
- Reduce las brechas traslacionales asociadas con modelos animales tradicionales o modelos in vitro estáticos.
Integración de la Canalización y Flujo de Trabajo
Este modelo microfluídico se integra en la continuidad desde el descubrimiento hasta la fase preclínica, conectando estudios mecanicistas iniciales y la validación traslacional de terapéuticas basadas en el microbioma.
- Biología del Descubrimiento: Permite la comprobación de hipótesis sobre las influencias microbianas y hormonales en la función epitelial y la integridad de la barrera.
- Selección: Proporciona resultados cuantitativos y reproducibles sobre el enraizamiento microbiano y la modulación del pH en condiciones dinámicas.
- Análisis: Facilita la medición de la diferenciación epitelial, la respuesta de la barrera y la composición del microbioma para análisis comparativo.
- Investigación Traducional: Ofrece un sistema relevante para enfermedades en la validación preclínica de intervenciones candidatas.
- Reutilización Empresarial: Funciona como una plataforma reutilizable para diversos estudios en salud vaginal e investigación del microbioma.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva y reduce la ambigüedad mecanicista en la investigación sobre la salud vaginal.
- Valor operativo: Proporciona flujos de trabajo estandarizados, escalables y reproducibles para equipos multidisciplinarios.
- Valor estratégico: Permite tomar decisiones informadas de avance o interrupción y un avance eficiente en el uso del capital en programas basados en el microbioma.
- Impacto en la cartera: Apoya la priorización ajustada al riesgo y acelera el desarrollo de nuevos fármacos para la salud de la mujer.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en microfluídica, cultivo de células primarias y manejo del microbioma.
- Necesita acceso a módulos de flujo dinámico e infraestructura analítica para lecturas cuantitativas.
- Exige la estandarización entre equipos de los protocolos para garantizar la reproducibilidad y la comparabilidad de los datos.
- Puede ser necesaria una adaptación para diferentes consorcios microbianos o condiciones hormonales.
- Las limitaciones incluyen la necesidad de un control cuidadoso de los gradientes de oxígeno y de la composición del medio para mantener la relevancia fisiológica.
Preguntas frecuentes sobre biofármacos
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
