Modellazione di microambienti vaginali sani e disbiotici in una vagina umana su chip
16 febbraio 2024
Questo articolo descrive un protocollo per la creazione di un dispositivo di coltura vagina-on-a-chip microfluidico (Vagina Chip) che consente lo studio delle interazioni dell'ospite umano con un microbioma vaginale vivente in condizioni microaerofile. Questo chip può essere utilizzato come strumento per studiare le malattie vaginali e per sviluppare e testare potenziali contromisure terapeutiche.
Abbiamo sviluppato con successo un chip vaginale umano che supporta la differenziazione spontanea dell'epitelio vaginale stratificato squamoso, forma una forte barriera, risponde agli ormoni e genera un microbioma che supporta i gradienti di ossigeno. Le colture 2D e organoidi sono attualmente utilizzate per studiare la disbiosi vaginale, ma non sono in grado di imitare le complessità fisiologiche del microambiente vaginale a causa della loro natura statica. Anche i modelli animali non possono modellare gli stessi cambiamenti ormonali presenti nel ciclo mestruale umano e il microbioma vaginale tra le specie animali e gli esseri umani differisce.
Abbiamo deciso di esplorare se la tecnologia dei chip d'organo può essere utilizzata per sviluppare un modello preclinico delle interazioni del microbioma vaginale umano, che potrebbe potenzialmente essere utilizzato per la scoperta e la valutazione di potenziali terapie basate sul microbioma. Il chip vaginale consente un flusso dinamico di fluidi attraverso l'epitelio vaginale e lo stroma, prolungando la sua co-coltura con i consorzi microbici vaginali e mantenendo un microambiente fisiologicamente rilevante. La vagina umana su chip è uno strumento entusiasmante che può essere utilizzato per studiare varie malattie del tratto riproduttivo femminile e convalidare nuove bioterapie.
Panoramica
Questo articolo presenta un protocollo per lo sviluppo di un microdispositivo vaginale su chip (Vagina Chip) che facilita lo studio delle interazioni umane con un microbioma vaginale vivente in condizioni microaerofile. Questo dispositivo innovativo ha lo scopo di migliorare la comprensione delle malattie vaginali e lo sviluppo di terapie basate sul microbioma.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Microfluidica
- Ricerca sul microbioma vaginale
- Modelli preclinici
Sfondo
- Le colture 2D e gli organoidi attuali non riescono a replicare le complessità del microambiente vaginale.
- I modelli animali non riflettono accuratamente i cambiamenti ormonali umani durante il ciclo mestruale.
- Il microbioma vaginale varia significativamente tra esseri umani e altre specie.
- È necessario sviluppare modelli dinamici per studiare la disbiosi vaginale e potenziali terapie.
Scopo dello studio
- Sviluppare un modello preclinico basato sulla tecnologia organ-on-a-chip per lo studio delle interazioni del microbioma vaginale umano.
- Indagare il potenziale della scoperta e valutazione di terapie basate sul microbioma.
- Creare una piattaforma in grado di mantenere un microambiente fisiologicamente rilevante.
Metodi Utilizzati
- Sviluppo di un chip vaginale microfluidico.
- Supporto alla differenziazione spontanea dell'epitelio vaginale.
- Flusso dinamico di fluido attraverso l'epitelio e lo stroma vaginali.
- Cocoltura con consorzi microbici vaginali.
Risultati principali
- Il chip vaginale supporta con successo una risposta di barriera robusta agli ormoni.
- Genera gradienti di ossigeno che favoriscono la crescita del microbioma.
- Il modello permette un co-coltura prolungata con microrganismi vaginali.
- Mima le condizioni fisiologiche della vagina umana.
Conclusioni
- Il chip della vagina rappresenta un notevole progresso nello studio della salute vaginale.
- Questo modello potrebbe portare a nuove intuizioni sulle malattie vaginali e sulle terapie.
- Offre una rappresentazione più accurata delle interazioni del microbioma vaginale umano.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
Il modello Vagina-su-un-chip umano affronta un'importante lacuna nella ricerca preclinica sulla salute femminile, consentendo studi fisiologicamente rilevanti sui microambienti vaginali. Questa piattaforma aumenta l'affidabilità predittiva nella valutazione delle interazioni tra microbioma e ospite e nella riduzione dei rischi associati a ipotesi terapeutiche in fase iniziale per interventi basati sul microbioma. La sua capacità di riprodurre condizioni ormonali, microbiche e di barriera dinamiche ne fa un asset strategico per lo sviluppo di portafogli nel campo della ricerca e sviluppo sulla salute riproduttiva.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Bersaglio
- Permette l'analisi delle interazioni tra ospite e microbioma in condizioni controllate e rilevanti per l'uomo.
- Supporta la riduzione del rischio biologico modellando sia stati vaginali sani sia stati disbiotici.
- Facilita la validazione funzionale di bersagli terapeutici associati alla salute e alle malattie vaginali.
- Migliora la capacità predittiva per lo sviluppo di concetti terapeutici basati sul microbioma.
Sviluppo di screening e saggi
- Fornisce un sistema validato e riproducibile per la valutazione quantitativa dell'attecchimento microbico e delle risposte epiteliali.
- Standardizza le condizioni del saggio con flusso dinamico di fluidi e gradienti di ossigeno per ottenere risultati costanti.
- Permette lo screening scalabile di terapie sperimentali o consorzi microbici in un contesto fisiologicamente rilevante.
- Consente una valutazione affidabile degli effetti dei composti sull'integrità della barriera epiteliale e sulla modulazione del pH.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Allinea la modellizzazione preclinica agli ambienti microbici rilevanti per le malattie umane, garantendo continuità traslazionale.
- Permette decisioni di avanzamento corrette per il rischio, fornendo informazioni meccanicistiche sulle dinamiche ospite-microbioma.
- Supporta la scoperta e la validazione di biomarcatori per gli esiti legati alla salute vaginale.
- Riduce le lacune traslazionali associate ai modelli tradizionali su animali o ai modelli in vitro statici.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questo modello microfluidico si integra nel percorso dalla scoperta alla fase preclinica, collegando studi meccanicistici iniziali e validazione traslazionale per terapie basate sul microbioma.
- Biologia della scoperta: Consente la verifica di ipotesi riguardo agli effetti microbici e ormonali sulla funzione epiteliale e sull'integrità della barriera.
- Screening: Fornisce risultati quantitativi e riproducibili relativi all'attecchimento microbico e alla modulazione del pH in condizioni dinamiche.
- Analisi: Permette la misurazione della differenziazione epiteliale, della risposta della barriera e della composizione del microbioma per analisi comparative.
- Ricerca traslazionale: Offre un sistema rilevante per le malattie, utile per la validazione preclinica di interventi sperimentali.
- Riutilizzo aziendale: Funziona come piattaforma riutilizzabile per diversi studi sulla salute vaginale e sulla ricerca del microbioma.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva e riduce l'ambiguità meccanicistica nella ricerca sulla salute vaginale.
- Valore operativo: Fornisce flussi di lavoro standardizzati, scalabili e riproducibili per team interfunzionali.
- Valore strategico: Permette decisioni informate di avanzamento o interruzione e un progresso efficiente in termini di capitale nei programmi basati sul microbioma.
- Impatto sul portafoglio: Supporta la priorizzazione aggiustata per il rischio e accelera lo sviluppo di nuove terapie per la salute femminile.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specifiche in microfluidica, colture cellulari primarie e manipolazione del microbioma.
- Necessita dell'accesso a moduli a flusso dinamico e a infrastrutture analitiche per ottenere letture quantitative.
- Richiede una standardizzazione intersettoriale dei protocolli per garantire riproducibilità e confrontabilità dei dati.
- Potrebbe essere necessaria un'adattamento per diversi consorzi microbici o condizioni ormonali.
- Le limitazioni includono la necessità di un controllo accurato dei gradienti di ossigeno e della composizione del mezzo al fine di mantenere la rilevanza fisiologica.
Domande frequenti sul biopharma
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
