ヒト膣チップにおける健康および嚥下障害の膣微小環境のモデリング
2024年2月16日
この記事では、微好気性条件下でのヒト宿主と生きた膣マイクロバイオームとの相互作用の研究を可能にするマイクロ流体膣オンチップ(膣チップ)培養デバイスを作成するためのプロトコルについて説明します。このチップは、膣疾患を調査するためのツールとしてだけでなく、潜在的な治療対策を開発およびテストするためのツールとして使用できます。
扁平上皮の層状膣上皮の自発分化をサポートし、強力なバリアを形成し、ホルモンに応答し、酸素勾配をサポートするマイクロバイオームを生成するヒト膣チップの開発に成功しました。現在、2Dおよびオルガノイド培養は膣の嚥下障害の研究に使用されていますが、静的な性質のため、膣微小環境の生理学的複雑さを模倣することはできません。動物モデルも、人間の月経周期に存在するのと同じホルモンの変化をモデル化することはできず、動物種と人間によって膣のマイクロバイオームは異なります。
私たちは、臓器チップ技術を使用して、ヒト膣マイクロバイオーム相互作用の前臨床モデルを開発し、マイクロバイオームベースの治療法の発見と評価に使用できる可能性があるかどうかの調査に着手しました。膣チップは、膣上皮と間質を横切る動的な流体の流れを可能にし、膣微生物コンソーシアムとの共培養を延長し、生理学的に適切な微小環境を維持します。ヒト膣チップは、女性の生殖管のさまざまな疾患を研究し、新しいバイオ医薬品を検証するために使用できるエキサイティングなツールです。
概要
この記事では、微好気条件下で人間の生体腟微生物叢との相互作用を研究することを容易にするマイクロ流体腟オンチップ（腟チップ）の開発プロトコルを提示します。この革新的なデバイスは、腟疾患と微生物叢ベースの治療薬の開発に関する理解を深めることを目的としています。
主要な研究要素
科学分野
- マイクロ流体工学
- 腟微生物叢研究
- 前臨床モデル
背景
- 現在の2Dおよびオルガノイド培養は、腟の微環境の複雑さを再現できません。
- 動物モデルは、月経周期中の人間のホルモン変化を正確に反映していません。
- 腟微生物叢は人間と他の種間で大きく異なります。
- 腟の異常増殖と潜在的な治療薬を研究するための動的モデルが必要です。
研究目的
- 人間の腟微生物叢相互作用を研究するためのオルガンチップ技術を使用した前臨床モデルを開発すること。
- 微生物叢ベースの治療薬の発見と評価の可能性を調査すること。
- 生理学的に関連する微環境を維持するプラットフォームを作成すること。
使用方法
- マイクロ流体腟チップの開発。
- 腟上皮の自然分化のサポート。
- 腟上皮と間質を通る動的流体の流れ。
- 腟微生物叢との共培養。
主な結果
- 腟チップはホルモンに対する強力なバリア反応をサポートします。
- 微生物叢の成長をサポートする酸素勾配を生成します。
- このモデルは腟微生物との長期共培養を可能にします。
- 人間の腟の生理学的条件を模倣します。
結論
- 腟チップは腟の健康を研究する上で大きな進歩を表しています。
- このモデルは腟疾患と治療法に関する新しい洞察につながる可能性があります。
- 人間の腟微生物叢相互作用のより正確な表現を提供します。
よくある質問
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
