Modélisation de microenvironnements vaginaux sains et dysbiotiques dans un vagin humain sur puce
16 février 2024
Cet article décrit un protocole de création d’un dispositif de culture microfluidique de vagin sur puce (Vagina Chip) qui permet d’étudier les interactions de l’hôte humain avec un microbiome vaginal vivant dans des conditions microaérophiles. Cette puce peut être utilisée comme outil pour étudier les maladies vaginales ainsi que pour développer et tester des contre-mesures thérapeutiques potentielles.
Nous avons réussi à développer une puce vaginale humaine qui favorise la différenciation spontanée de l’épithélium vaginal stratifié squameux, forme une barrière solide, répond aux hormones et génère un microbiome soutenant les gradients d’oxygène. Les cultures 2D et organoïdes sont actuellement utilisées pour étudier la dysbiose vaginale, mais elles ne sont pas en mesure d’imiter les complexités physiologiques du microenvironnement vaginal en raison de leur nature statique. Les modèles animaux ne peuvent pas non plus modéliser les mêmes changements hormonaux présents dans le cycle menstruel humain, et le microbiome vaginal diffère entre les espèces animales et les humains.
Nous avons entrepris d’explorer si la technologie des puces d’organes peut être utilisée pour développer un modèle préclinique des interactions entre le microbiome du vagin humain et qui pourrait être utilisé pour la découverte et l’évaluation de thérapies potentielles basées sur le microbiome. La puce vaginale permet un flux de fluide dynamique à travers l’épithélium vaginal et le stroma, ce qui prolonge sa co-culture avec les consortiums microbiens vaginaux et maintient un microenvironnement physiologiquement pertinent. Le vagin humain sur puce est un outil passionnant qui peut être utilisé pour étudier diverses maladies de l’appareil reproducteur féminin et valider de nouvelles biothérapies.
Aperçu
Cet article présente un protocole permettant de développer une puce vaginale microfluidique (puce Vagin) qui facilite l'étude des interactions humaines avec un microbiome vaginal vivant dans des conditions microaérophiles. Ce dispositif innovant vise à améliorer la compréhension des maladies vaginales et le développement de thérapeutiques basées sur le microbiome.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Microfluidique
- Recherche sur le microbiome vaginal
- Modèles précliniques
Contexte
- Les cultures 2D et les organoïdes actuels ne parviennent pas à reproduire les complexités du microenvironnement vaginal.
- Les modèles animaux ne reflètent pas fidèlement les changements hormonaux humains au cours du cycle menstruel.
- Le microbiome vaginal varie considérablement entre les humains et d'autres espèces.
- Il existe un besoin de modèles dynamiques pour étudier la dysbiose vaginale et les thérapeutiques potentielles.
Objectif de l'étude
- Développer un modèle préclinique utilisant la technologie des organes-sur-puce pour étudier les interactions du microbiome vaginal humain.
- Étudier le potentiel de découverte et d'évaluation de thérapeutiques basées sur le microbiome.
- Créer une plateforme capable de maintenir un microenvironnement physiologiquement pertinent.
Méthodes utilisées
- Développement d'une puce vaginale microfluidique.
- Support de la différenciation spontanée de l'épithélium vaginal.
- Flux dynamique de fluide à travers l'épithélium vaginal et le stroma.
- Culture mixte avec des consortiums microbiens vaginaux.
Résultats principaux
- La puce vaginale soutient efficacement une réponse barrière forte aux hormones.
- Elle génère des gradients d'oxygène qui favorisent la croissance du microbiome.
- Le modèle permet un co-culture prolongé avec les micro-organismes vaginaux.
- Il imite les conditions physiologiques du vagin humain.
Conclusions
- La puce vaginale représente une avancée majeure dans l'étude de la santé vaginale.
- Ce modèle pourrait permettre de nouvelles découvertes sur les maladies vaginales et leurs traitements.
- Elle offre une représentation plus précise des interactions du microbiome vaginal humain.
Questions fréquemment posées
Pertinence professionnelle pour l'industrie
Le modèle Vagin-sur-puce humain comble un vide critique dans la recherche préclinique en santé féminine en permettant des études physiologiquement pertinentes des microenvironnements vaginaux. Cette plateforme renforce la fiabilité prédictive dans l'évaluation des interactions microbiote-hôte et la réduction des risques liés aux hypothèses thérapeutiques en phase précoce pour les interventions basées sur le microbiote. Sa capacité à reproduire des conditions hormonales, microbiennes et de barrière dynamiques en fait un atout stratégique pour le développement de portefeuilles en recherche et développement en santé reproductive.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmacie
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet l'analyse des interactions hôte-microbiote dans des conditions contrôlées et pertinentes pour l'être humain.
- Permet de réduire les risques biologiques en modélisant à la fois les états vaginaux sains et dysbiosiques.
- Facilite la validation fonctionnelle de cibles thérapeutiques liées à la santé et aux maladies vaginales.
- Améliore la fiabilité prédictive pour faire progresser les concepts thérapeutiques basés sur le microbiote.
Développement de tests et criblage
- Offre un système validé et reproductible d'évaluation quantitative de l'engraftement microbien et des réponses épithéliales.
- Normalise les conditions de dosage avec un flux dynamique de fluide et des gradients d'oxygène pour des résultats cohérents.
- Permet un criblage évolutif de thérapeutiques candidates ou de consortiums microbiens dans un contexte physiologiquement pertinent.
- Prend en charge une évaluation fiable des effets des composés sur l'intégrité de la barrière épithéliale et la modulation du pH.
Recherche translationnelle et préclinique
- Aligne la modélisation préclinique avec les microenvironnements pertinents pour la maladie humaine afin d'assurer une continuité translationnelle.
- Facilite les décisions d'avancement ajustées au risque en fournissant des connaissances mécanistiques sur la dynamique hôte-microbiome.
- Permet la découverte et la validation de biomarqueurs pour des critères d'évaluation de la santé vaginale.
- Réduit les écarts translationnels associés aux modèles animaux traditionnels ou aux modèles in vitro statiques.
Intégration du pipeline et du flux de travail
Ce modèle microfluidique s'intègre à la continuité découverte-préclinique, comblant l'écart entre les premières études mécanistiques et la validation translationnelle des thérapeutiques basées sur le microbiome.
- Biologie de la découverte : Permet de tester des hypothèses concernant les influences microbiennes et hormonales sur la fonction épithéliale et l'intégrité de la barrière.
- Screening : Fournit des résultats quantitatifs et reproductibles concernant l'implantation microbienne et la modulation du pH dans des conditions dynamiques.
- Analytique : Permet de mesurer la différenciation épithéliale, la réponse de la barrière et la composition du microbiome pour des analyses comparatives.
- Recherche translationnelle : Offre un système pertinent pour la validation préclinique d'interventions candidates dans des maladies.
- Réutilisation en entreprise : Fonctionne comme une plateforme réutilisable pour diverses études sur la santé vaginale et la recherche sur le microbiome.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté mécanistique dans la recherche sur la santé vaginale.
- Valeur opérationnelle : Fournit des protocoles standardisés, évolutifs et reproductibles pour les équipes pluridisciplinaires.
- Valeur stratégique : Permet de prendre des décisions éclairées d'aller ou de ne pas aller de l'avant, et d'avancer de manière efficiente en termes de capital dans les programmes basés sur le microbiome.
- Impact sur le portefeuille : Soutient la priorisation ajustée au risque et accélère le développement de nouveaux traitements pour la santé des femmes.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en microfluidique, en culture de cellules primaires et en manipulation du microbiome.
- Exige un accès à des modules d'écoulement dynamique et à une infrastructure analytique permettant des lectures quantitatives.
- Implique une standardisation interéquipes des protocoles afin d'assurer la reproductibilité et la comparabilité des données.
- Une adaptation peut être nécessaire selon les consortiums microbiens ou les conditions hormonales.
- Les limites incluent la nécessité d'un contrôle rigoureux des gradients d'oxygène et de la composition du milieu pour maintenir la pertinence physiologique.
Foire aux questions en biopharmacie
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
