Modélisation de microenvironnements vaginaux sains et dysbiotiques dans un vagin humain sur puce
February 16th, 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 pour développer une microfluidique vagin-sur-puce (Vagina Chip) 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.
Composants clés de l'étude
Domaine de la science
- Microfluidique
- Recherche sur le microbiome vaginal
- Modèles précliniques
Contexte
- Les cultures 2D et organoïdes actuelles ne parviennent pas à reproduire les complexités du microenvironnement vaginal.
- Les modèles animaux ne reflètent pas précisément les changements hormonaux humains pendant le cycle menstruel.
- Le microbiome vaginal varie considérablement entre les humains et les autres espèces.
- Il y a 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.
- Investiguer le potentiel de découverte et d'évaluation de thérapeutiques basées sur le microbiome.
- Créer une plateforme qui maintient un microenvironnement physiologiquement pertinent.
Méthodes utilisées
- Développement d'une puce vagin microfluidique.
- Support pour la différenciation spontanée de l'épithélium vaginal.
- Flux fluide dynamique à travers l'épithélium et le stroma vaginal.
- Co-culture avec des consortia microbiens vaginaux.
Résultats principaux
- La puce vagin supporte avec succès une forte réponse de barrière aux hormones.
- Elle génère des gradients d'oxygène qui supportent la croissance du microbiome.
- Le modèle permet une co-culture prolongée avec les microbes vaginaux.
- Il imite les conditions physiologiques du vagin humain.
Conclusions
- La puce vagin représente une avancée significative dans l'étude de la santé vaginale.
- Ce modèle pourrait mener à de nouvelles perspectives sur les maladies vaginales et les thérapies.
- Il offre une représentation plus précise des interactions du microbiome vaginal humain.
Questions fréquemment posées
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
