Modelado de microambientes vaginales sanos y disbióticos en una vagina humana en un chip
February 16th, 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.
Visión general
Este artículo presenta un protocolo para desarrollar una vagina-en-un-chip (Vagina Chip) microfluida que facilita el estudio de las interacciones humanas con un microbioma vaginal vivo en condiciones microaerofílicas. 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
- Microfluidos
- Investigación del microbioma vaginal
- Modelos preclínicos
Antecedentes
- Los cultivos 2D y de organoides actuales no logran replicar las complejidades del microambiente 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 las posibles terapéuticas.
Propósito del estudio
- Desarrollar un modelo preclínico utilizando tecnología de chips de órganos para estudiar las interacciones del microbioma de la vagina humana.
- Investigar el potencial para el descubrimiento y evaluación de terapéuticas basadas en el microbioma.
- Crear una plataforma que mantenga un microambiente fisiológicamente relevante.
Métodos utilizados
- Desarrollo de un chip vaginal microfluido.
- Apoyo para la diferenciación espontánea del epitelio vaginal.
- Flujo de fluido dinámico a través del epitelio y el estroma vaginal.
- Co-cultivo con consorcios microbianos vaginales.
Resultados principales
- El chip vaginal soporta exitosamente una fuerte respuesta de barrera a las hormonas.
- Genera gradientes de oxígeno que apoyan el crecimiento del microbioma.
- El modelo permite un co-cultivo prolongado con microbios vaginales.
- Simula 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 percepciones sobre enfermedades vaginales y terapias.
- Ofrece una representación más precisa de las interacciones del microbioma vaginal humano.
Preguntas frecuentes
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
