인간 Vagina-on-a-Chip에서 건강하고 dysbiotic 질 미세환경 모델링
2024년 2월 16일
이 기사에서는 미세공기성 조건에서 살아있는 질 마이크로바이옴과 인간 숙주의 상호 작용을 연구할 수 있는 미세유체 질 온 칩(Vagina Chip) 배양 장치를 만들기 위한 프로토콜에 대해 설명합니다. 이 칩은 질 질환을 조사하고 잠재적인 치료 대책을 개발 및 테스트하는 도구로 사용할 수 있습니다.
우리는 편평 성층 질 상피의 자발적 분화를 지원하고, 강력한 장벽을 형성하고, 호르몬에 반응하고, 산소 구배를 지원하는 마이크로바이옴을 생성하는 인간 질 칩을 성공적으로 개발했습니다. 2D 및 오가노이드 배양은 현재 질 미생물 불균형을 연구하는 데 사용되지만 정적 특성으로 인해 질 미세환경의 생리학적 복잡성을 모방할 수 없습니다. 동물 모델 역시 인간의 월경 주기에 존재하는 동일한 호르몬 변화를 모델링할 수 없으며, 동물 종과 인간 간의 질 마이크로바이옴은 다릅니다.
우리는 장기 칩 기술을 사용하여 인간 질 마이크로바이옴 상호 작용의 전임상 모델을 개발할 수 있는지 여부를 조사하기 시작했으며, 이는 잠재적인 마이크로바이옴 기반 치료법의 발견 및 평가에 잠재적으로 사용될 수 있습니다. 질 칩은 질 상피와 기질을 가로지르는 동적 유체 흐름을 허용하여 질 미생물 컨소시엄과의 공동 배양을 연장하고 생리학적으로 관련된 미세환경을 유지합니다. 인간 버자이너 온 어 칩(Human Vagina-on-a-Chip)은 여성 생식관의 다양한 질병을 연구하고 새로운 바이오 치료제를 검증하는 데 사용할 수 있는 흥미로운 도구입니다.
개요
본 논문은 미호기성 조건에서 살아있는 질 마이크로바이옴과 인체의 상호작용 연구를 가능하게 하는 미세유체 질-온-어-칩(Vagina Chip) 개발 프로토콜을 제시합니다. 이 혁신적인 장치는 질 질환에 대한 이해를 높이고 마이크로바이옴 기반 치료제 개발을 촉진하는 것을 목표로 합니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 미세유체역학
- 질 마이크로바이옴 연구
- 전임상 모델
배경
- 현재의 2D 및 오가노이드 배양은 질 미세환경의 복잡성을 재현하지 못합니다.
- 동물 모델은 생리 주기 동안의 인간 호르몬 변화를 정확하게 반영하지 않습니다.
- 질 마이크로바이옴은 인간과 다른 종 사이에 상당한 차이가 있습니다.
- 질 내 미생물 불균형(dysbiosis) 및 잠재적 치료법을 연구하기 위한 동적 모델이 필요합니다.
연구 목적
- 인체 질 내 마이크로바이옴 상호작용 연구를 위해 오가노칩 기술을 이용한 전임상 모델을 개발하는 것입니다.
- 마이크로바이옴 기반의 치료제 발굴 및 평가 가능성을 조사하는 것입니다.
- 생리학적으로 유의미한 미세환경을 유지하는 플랫폼을 구축하는 것입니다.
사용된 방법
- 미세유체 질 칩의 개발.
- 질 상피의 자발적 분화 지원.
- 질 상피와 기질을 가로지르는 동적 유체 흐름.
- 질 미생물 컨소시엄과의 공동 배양.
주요 결과
- 질 칩은 호르몬에 대한 강력한 장벽 반응을 성공적으로 지원합니다.
- 마이크로바이옴 성장을 지원하는 산소 구배를 생성합니다.
- 이 모델은 질 미생물과의 장기적인 공동 배양을 가능하게 합니다.
- 인체 질의 생리학적 조건을 모방합니다.
결론
- 질 칩(Vagina chip)은 질 건강 연구에 있어 중요한 진전을 나타냅니다.
- 이 모델은 질 질환 및 치료법에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있습니다.
- 이는 인간 질 마이크로바이옴 상호작용을 더욱 정확하게 구현합니다.
자주 묻는 질문
산업적 관련성 요약
인체 질 내 칩(Vagina-on-a-Chip) 모델은 질 미세환경에 대한 생리학적으로 유의미한 연구를 가능하게 함으로써, 전임상 여성 건강 연구의 결정적인 공백을 메워줍니다. 이 플랫폼은 마이크로바이옴과 호스트 간의 상호작용을 평가하고, 마이크로바이옴 기반 중재법에 대한 초기 단계 치료 가설의 리스크를 줄이는 데 있어 예측 신뢰도를 높여줍니다. 동적인 호르몬, 미생물 및 장벽 조건을 재현하는 이 모델의 능력은 생식 건강 R&D의 포트폴리오 발전을 위한 전략적 자산으로서 가치를 지닙니다.
바이오제약 R&D의 전략적 응용
초기 발견 및 표적 검증
- 제어 가능하고 인체 관련성이 높은 조건에서 호스트-마이크로바이옴 상호작용의 조사를 가능하게 합니다.
- 건강한 질 상태와 불균형(dysbiotic)한 질 상태를 모두 모델링함으로써 생물학적 리스크 감소를 지원합니다.
- 질 건강 및 질환과 관련된 치료 표적의 기능적 검증을 용이하게 합니다.
- 마이크로바이옴 기반 치료 개념을 발전시키기 위한 예측 신뢰도를 향상시킵니다.
스크리닝 및 분석법 개발
- 미생물 생착 및 상피 세포 반응의 정량적 평가를 위해 검증되고 재현 가능한 시스템을 제공합니다.
- 동적 유체 흐름과 산소 농도 구배를 통해 분석 조건을 표준화하여 일관된 결과를 도출합니다.
- 생리학적으로 유의미한 환경에서 후보 치료제 또는 미생물 컨소시엄의 확장 가능한 스크리닝을 가능하게 합니다.
- 상피 장벽 무결성 및 pH 조절에 미치는 화합물의 효과에 대한 신뢰할 수 있는 평가를 지원합니다.
중개 및 전임상 연구
- 전임상 모델링을 인간 질환 관련 미세환경과 일치시켜 중개 연구의 연속성을 확보합니다.
- 호스트-마이크로바이옴 역학에 대한 기전적 통찰력을 제공함으로써 리스크가 조정된 추진 결정 내리기를 용이하게 합니다.
- 질 건강 평가 지표를 위한 바이오마커 발굴 및 검증을 지원합니다.
- 전통적인 동물 모델이나 정적인 in vitro 모델과 관련된 중개 연구의 격차를 줄입니다.
파이프라인 및 워크플로우 통합
이 미세유체 모델은 발견부터 전임상 단계까지의 연속 과정에 통합되어, 마이크로바이옴 기반 치료제에 대한 초기 기전 연구와 중개적 검증 사이의 가교 역할을 합니다.
- 발견 생물학: 상피 기능 및 장벽 무결성에 미치는 미생물 및 호르몬 영향에 대한 가설 검증이 가능합니다.
- 스크리닝: 동적 조건 하에서의 미생물 생착 및 pH 조절에 대해 정량적이고 재현 가능한 결과를 제공합니다.
- 분석: 비교 분석을 위한 상피 분화, 장벽 반응 및 마이크로바이옴 구성 측정을 지원합니다.
- 중개 연구: 후보 중재법의 전임상 검증을 위한 질환 관련 시스템을 제공합니다.
- 기업적 재활용: 질 건강 및 마이크로바이옴 연구의 다양한 연구를 위한 재사용 가능한 플랫폼으로 기능합니다.
운영 및 기업 영향
- 과학적 가치: 질 건강 연구에서 예측 신뢰도를 높이고 기전적 모호성을 줄입니다.
- 운영적 가치: 다기능 팀을 위해 표준화되고 확장 가능하며 재현 가능한 워크플로우를 제공합니다.
- 전략적 가치: 정보에 기반한 진행/중단(go/no-go) 결정과 마이크로바이옴 기반 프로그램의 자본 효율적인 추진을 가능하게 합니다.
- 포트폴리오 영향: 위험 조정 우선순위 설정을 지원하고 새로운 여성 건강 치료제 개발을 가속화합니다.
구현 시 고려 사항
- 미세유체공학, 일차 세포 배양 및 마이크로바이옴 취급에 관한 전문 지식이 필요합니다.
- 정량적 판독을 위한 동적 흐름 모듈 및 분석 인프라에 대한 접근이 필요합니다.
- 재현성과 데이터 비교 가능성을 위해 프로토콜의 팀 간 표준화가 요구됩니다.
- 서로 다른 미생물 컨소시엄이나 호르몬 조건에 따라 조정이 필요할 수 있습니다.
- 제한 사항으로는 생리학적 관련성을 유지하기 위해 산소 구배와 배지 조성을 세심하게 제어해야 한다는 점이 있습니다.
바이오 제약 FAQ
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
