Name: 인간 Vagina-on-a-Chip에서 건강하고 dysbiotic 질 미세환경 모델링 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-02-16T14:50:00.000+00:00
Duration: 8 min 15 s
Description: 학습하세요 인간 질 마이크로바이옴 상호작용을 연구하기 위한 직장 칩 기술을 활용한 질 칩 개발 방법입니다. 이 혁신적인 마이크로유체 장치는 생리학적 미세환경을 유지하며 질 건강 및 미생물 기반 치료제 발견에 활용됩니다.

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질 마이크로바이옴(Vaginal Microbiome)을 연구하기 위한 Microfluidic Vagina Chip

<ol><li>Smith, S. B., Ravel, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+vaginal+microbiota%2C+host+defence+and+reproductive+physiology%5BTitle%5D)+AND+%22J+Physiol%22%5BJournal%5D)">The vaginal microbiota, host defence and reproductive physiology.</a> J Physiol. 595 (2), 451-463 (2017).</li>
<li>Van De Wijgert, J., Jespers, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+global+health+impact+of+vaginal+dysbiosis%5BTitle%5D)+AND+%22Res+Microbiol%22%5BJournal%5D)">The global health impact of vaginal dysbiosis.</a> Res Microbiol. 168 (9-10), 859-864 (2017).</li>
<li>Ralph, S. G., Rutherford, A. J., Wilson, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+bacterial+vaginosis+on+conception+and+miscarriage+in+the+first+trimester%3A+Cohort+study%5BTitle%5D)+AND+%22BMJ%22%5BJournal%5D)">Influence of bacterial vaginosis on conception and miscarriage in the first trimester: Cohort study.</a> BMJ. 319 (7204), 220-223 (1999).</li>
<li>Goldenberg, R. L., Hauth, J. C., Andrews, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intrauterine+infection+and+preterm+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22N+Engl+J+Med%22%5BJournal%5D)">Intrauterine infection and preterm delivery.</a> N Engl J Med. 342 (20), 1500-1507 (2000).</li>
<li>Han, Y., Liu, Z., Chen, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+vaginal+microbiota+dysbiosis+in+gynecological+diseases+and+the+potential+interventions%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Role of vaginal microbiota dysbiosis in gynecological diseases and the potential interventions.</a> Front Microbiol. 12, 643422(2021).</li>
<li>Leitich, H., Kiss, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Asymptomatic+bacterial+vaginosis+and+intermediate+flora+as+risk+factors+for+adverse+pregnancy+outcome%5BTitle%5D)+AND+%22Best+Pract+Res+Clin+Obstet+Gynaecol%22%5BJournal%5D)">Asymptomatic bacterial vaginosis and intermediate flora as risk factors for adverse pregnancy outcome.</a> Best Pract Res Clin Obstet Gynaecol. 21 (3), 375-390 (2007).</li>
<li>Torcia, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interplay+among+vaginal+microbiome%2C+immune+response+and+sexually+transmitted+viral+infections%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Mol+Sci%22%5BJournal%5D)">Interplay among vaginal microbiome, immune response and sexually transmitted viral infections.</a> Int J Mol Sci. 20 (2), 266(2019).</li>
<li>Van Oostrum, N., De Sutter, P., Meys, J., Verstraelen, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Risks+associated+with+bacterial+vaginosis+in+infertility+patients%3A+A+systematic+review+and+meta-analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Hum+Reprod%22%5BJournal%5D)">Risks associated with bacterial vaginosis in infertility patients: A systematic review and meta-analysis.</a> Hum Reprod. 28 (7), 1809-1815 (2013).</li>
<li>Lewis, F. M. T., Bernstein, K. T., Aral, S. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vaginal+microbiome+and+its+relationship+to+behavior%2C+sexual+health%2C+and+sexually+transmitted+diseases%5BTitle%5D)+AND+%22Obstet+Gynecol%22%5BJournal%5D)">Vaginal microbiome and its relationship to behavior, sexual health, and sexually transmitted diseases.</a> Obstet Gynecol. 129 (4), 643-654 (2017).</li>
<li>Hong, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+association+between+vaginal+microbiota+and+female+infertility%3A+A+systematic+review+and+meta-analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Arch+Gynecol+Obstet%22%5BJournal%5D)">The association between vaginal microbiota and female infertility: A systematic review and meta-analysis.</a> Arch Gynecol Obstet. 302 (3), 569-578 (2020).</li>
<li>Peelen, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+influence+of+the+vaginal+microbiota+on+preterm+birth%3A+A+systematic+review+and+recommendations+for+a+minimum+dataset+for+future+research%5BTitle%5D)+AND+%22Placenta%22%5BJournal%5D)">The influence of the vaginal microbiota on preterm birth: A systematic review and recommendations for a minimum dataset for future research.</a> Placenta. 79, 30-39 (2019).</li>
<li>Smith, P. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Outcomes+in+prevention+and+management+of+miscarriage+trials%3A+A+systematic+review%5BTitle%5D)+AND+%22BJOG%22%5BJournal%5D)">Outcomes in prevention and management of miscarriage trials: A systematic review.</a> BJOG. 126 (2), 176-189 (2019).</li>
<li>Harp, D. F., Chowdhury, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trichomoniasis%3A+Evaluation+to+execution%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Obstet+Gynecol+Reprod+Biol%22%5BJournal%5D)">Trichomoniasis: Evaluation to execution.</a> Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol. 157 (1), 3-9 (2011).</li>
<li>Pastorek, J. G., Cotch, M. F., Martin, D. H., Eschenbach, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clinical+and+microbiological+correlates+of+vaginal+trichomoniasis+during+pregnancy.+The+vaginal+infections+and+prematurity+study+group%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Infect+Dis%22%5BJournal%5D)">Clinical and microbiological correlates of vaginal trichomoniasis during pregnancy. The vaginal infections and prematurity study group.</a> Clin Infect Dis. 23 (5), 1075-1080 (1996).</li>
<li>Petrin, D., Delgaty, K., Bhatt, R., Garber, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clinical+and+microbiological+aspects+of+trichomonas+vaginalis%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Microbiol+Rev%22%5BJournal%5D)">Clinical and microbiological aspects of trichomonas vaginalis.</a> Clin Microbiol Rev. 11 (2), 300-317 (1998).</li>
<li>Edwards, T., Burke, P., Smalley, H., Hobbs, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trichomonas+vaginalis%3A+Clinical+relevance%2C+pathogenicity+and+diagnosis%5BTitle%5D)+AND+%22Crit+Rev+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Trichomonas vaginalis: Clinical relevance, pathogenicity and diagnosis.</a> Crit Rev Microbiol. 42 (3), 406-417 (2016).</li>
<li>Eade, C. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+and+characterization+of+bacterial+vaginosis-associated+pathogens+using+a+comprehensive+cervical-vaginal+epithelial+coculture+assay%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Identification and characterization of bacterial vaginosis-associated pathogens using a comprehensive cervical-vaginal epithelial coculture assay.</a> PLoS One. 7 (11), e50106(2012).</li>
<li>Fichorova, R. N., Yamamoto, H. S., Delaney, M. L., Onderdonk, A. B., Doncel, G. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+vaginal+microflora+colonization+model+providing+new+insight+into+microbicide+mechanism+of+action%5BTitle%5D)+AND+%22mBio%22%5BJournal%5D)">Novel vaginal microflora colonization model providing new insight into microbicide mechanism of action.</a> mBio. 2 (6), e00168(2011).</li>
<li>Herbst-Kralovetz, M. M., Pyles, R. B., Ratner, A. J., Sycuro, L. K., Mitchell, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+systems+for+studying+intercellular+interactions+in+bacterial+vaginosis%5BTitle%5D)+AND+%22J+Infect+Dis%22%5BJournal%5D)">New systems for studying intercellular interactions in bacterial vaginosis.</a> J Infect Dis. 214, S6-S13 (2016).</li>
<li>Johnson, A. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+study+of+the+susceptibility+of+three+species+of+primate+to+vaginal+colonization+with+gardnerella+vaginalis%5BTitle%5D)+AND+%22Br+J+Exp+Pathol%22%5BJournal%5D)">A study of the susceptibility of three species of primate to vaginal colonization with gardnerella vaginalis.</a> Br J Exp Pathol. 65 (3), 389-396 (1984).</li>
<li>Yildirim, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Primate+vaginal+microbiomes+exhibit+species+specificity+without+universal+lactobacillus+dominance%5BTitle%5D)+AND+%22ISME+J%22%5BJournal%5D)">Primate vaginal microbiomes exhibit species specificity without universal lactobacillus dominance.</a> ISME J. 8 (12), 2431-2444 (2014).</li>
<li>Edwards, V. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+models+of+the+cervicovaginal+epithelia+to+study+host-microbiome+interactions+and+sexually+transmitted+infections%5BTitle%5D)+AND+%22Pathog+Dis%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional models of the cervicovaginal epithelia to study host-microbiome interactions and sexually transmitted infections.</a> Pathog Dis. 80 (1), 026(2022).</li>
<li>Zhu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ex+vivo+2D+and+3D+HSV-2+infection+model+using+human+normal+vaginal+epithelial+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Oncotarget%22%5BJournal%5D)">Ex vivo 2D and 3D HSV-2 infection model using human normal vaginal epithelial cells.</a> Oncotarget. 8 (9), 15267-15282 (2017).</li>
<li>Barrila, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+host-pathogen+interactions+in+the+context+of+the+microenvironment%3A+Three-dimensional+cell+culture+comes+of+age%5BTitle%5D)+AND+%22Infect+Immun%22%5BJournal%5D)">Modeling host-pathogen interactions in the context of the microenvironment: Three-dimensional cell culture comes of age.</a> Infect Immun. 86 (11), e00282(2018).</li>
<li>Bein, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+organ-on-a-chip+models+of+human+intestine%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Mol+Gastroenterol+Hepatol%22%5BJournal%5D)">Microfluidic organ-on-a-chip models of human intestine.</a> Cell Mol Gastroenterol Hepatol. 5 (4), 659-668 (2018).</li>
<li>Jalili-Firoozinezhad, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+complex+human+gut+microbiome+cultured+in+an+anaerobic+intestine-on-a-chip%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">A complex human gut microbiome cultured in an anaerobic intestine-on-a-chip.</a> Nat Biomed Eng. 3 (7), 520-531 (2019).</li>
<li>Valiei, A., Aminian-Dehkordi, J., Mofrad, M. R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gut-on-a-chip+models+for+dissecting+the+gut+microbiology+and+physiology%5BTitle%5D)+AND+%22APL+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Gut-on-a-chip models for dissecting the gut microbiology and physiology.</a> APL Bioeng. 7 (1), 011502(2023).</li>
<li>Izadifar, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mucus+production%2C+host-microbiome+interactions%2C+hormone+sensitivity%2C+and+innate+immune+responses+modeled+in+human+endo-+and+ecto-cervix+chips%5BTitle%5D)+AND+%22bioRxiv%22%5BJournal%5D)">Mucus production, host-microbiome interactions, hormone sensitivity, and innate immune responses modeled in human endo- and ecto-cervix chips.</a> bioRxiv. , (2023).</li>
<li>Mahajan, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vaginal+microbiome-host+interactions+modeled+in+a+human+vagina-on-a-chip%5BTitle%5D)+AND+%22Microbiome%22%5BJournal%5D)">Vaginal microbiome-host interactions modeled in a human vagina-on-a-chip.</a> Microbiome. 10 (1), 201(2022).</li>
<li>Masson, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inflammatory+cytokine+biomarkers+to+identify+women+with+asymptomatic+sexually+transmitted+infections+and+bacterial+vaginosis+who+are+at+high+risk+of+HIV+infection%5BTitle%5D)+AND+%22Sex+Transm+Infect%22%5BJournal%5D)">Inflammatory cytokine biomarkers to identify women with asymptomatic sexually transmitted infections and bacterial vaginosis who are at high risk of HIV infection.</a> Sex Transm Infect. 92 (3), 186-193 (2016).</li>
<li>Amsel, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nonspecific+vaginitis.+Diagnostic+criteria+and+microbial+and+epidemiologic+associations%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Med%22%5BJournal%5D)">Nonspecific vaginitis. Diagnostic criteria and microbial and epidemiologic associations.</a> Am J Med. 74 (1), 14-22 (1983).</li>
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도널드 잉버(Donald Ingber)는 Emulate의 창립자, 이사회 멤버, 과학 자문 위원회 의장 및 지분 보유자입니다. 다른 저자들은 서로 상충되는 이해관계가 없다고 선언합니다.

과거의 인간 질의 체외 모델은 질 조직 구조, 유체 흐름 및 숙주-병원체 상호 작용을 충실하게 복제하지 못했다19,22. 동물 모델은 또한 미생물군집의 종간 변이와 발정기 또는 월경 주기의 차이에 의해 제한된다19,22. 이 원고는 건강하고 불균형한 미생물 군집에 대한 인간의 반응을 효과적으로 모방할 수 있는 인간 질의 장기 칩 모델을 만들기 위한 프로토콜을 설명합니다.
이 프로토콜은 상업적으로 이용 가능한 2채널 장기 칩 장치에서 병렬 미세채널을 분리하는 공유 다공성 막의 반대쪽에 질 상피 세포와 섬유아세포 세포를 파종하는 것을 포함합니다( 재료 표 참조). 다공성 막은 성장 인자와 다른 형태의 세포 간 통신의 이동을 허용합니다. 그러나 콜라겐 코팅과 세포 단층의 존재는 채널 간 매체의 혼합을 방지합니다. 정점 채널에서 질 상피 세포 단층이 형성되면 분화 인자가 기저 채널에서 흐르는 배지에 도입되어 간질 공간을 통과하여 질 상피 세포의 분화를 촉진하여 층화된 상피를 형성합니다. 파종 시점의 질 상피 세포의 밀도는 분화 단계가 끝날 때 질 칩의 건강을 결정하는 중요한 요소입니다. 따라서, 질 상피 세포의 밀도는 분화를 시작하기 전에 평가되어야 하며, 이는 단층이 확립될 때까지 시작되어서는 안 됩니다. 분화 인자에 대한 노출은 질 상피 세포의 원하는 밀도가 얻어질 때까지 그리고 세균 접종 전에 계속될 수 있습니다. 또한, 성장 속도는 다른 기증자(또는 상업적 출처)의 주요 질 상피 세포에 대해 다를 수 있으며, 이는 생성된 질 칩의 품질에 영향을 미칠 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 모든 미세유체 장기 칩 연구에서는 배지 흐름을 방해하고 결국 영양소 가용성을 감소시키고 세포 생존력을 잃게 할 수 있으므로 칩 배양 전반에 걸쳐 채널에 형성될 수 있는 기포를 제거하는 것이 가장 중요합니다. 
이 프로토콜은 또한 질 칩을 사용하여 건강한 질 상태 또는 세균성 질염을 모방하는 박테리아 커뮤니티를 온칩으로 구축하는 방법을 설명합니다. 질 칩은 또한 다른 질 질병이나 장애를 연구하는 데 사용할 수 있습니다. 그러나 이러한 연구를 수행할 때 각 질병의 특성과 결과를 임상 결과와 연관시키는 가장 좋은 방법을 이해하는 데 주의를 기울여야 합니다. 요약하면, 인간 질 칩은 FRT와 관련된 과다한 질병 및 상태를 연구하는 새로운 길을 열고, 잠재적인 치료법을 조사하기 위한 귀중한 도구가 될 수 있습니다.

산성 미세환경을 유지하는 데 도움이 되는 Lactobacillus spp.가 지배하는 질 마이크로바이옴은 여성의 생식 건강을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다1. 그러나 때때로 마이크로바이옴을 구성하는 미생물 군집의 구성에 변화가 있을 수 있으며, 이로 인해 질 박테리아의 다양성이 증가할 수 있습니다. 이러한 불균형적 변화는 종종 락토바실러스가 지배하는 상태에서 보다 다양한 혐기성 박테리아 종(예: Gardnerella vaginalis)이 지배하는 상태로 전환되는 결과를 낳으며, 세균성 질염, 위축성 질염, 요로 감염, 외음부 칸디다증, 요도염 및 융모막염과 같은 생식계의 다양한 질병과 관련이 있습니다 2,3,4,5 . 이러한 질병은 여성이 성병과 골반 염증성 질환에 걸릴 가능성을 높입니다 6,7,8,9. 또한 임산부의 조산 및 유산 위험이 더 높으며10,11,12 불임과도 관련이 있다 13,14,15,16.
정적인 2차원(2D) 배양 시스템에서 배양된 질 상피 세포를 사용하여 질 미생물 불균형을 모델링하려는 노력이 이루어졌지만17,18, 질 미세환경의 생리학적 및 복잡성을 효과적으로 모방하지는 못한다19. 동물 모델은 또한 질 미생물 불균형을 연구하는 데 사용되었습니다. 그러나 이들의 월경 단계와 숙주-마이크로바이옴 상호작용은 인간과 크게 다르기 때문에 이러한 연구 결과의 생리학적 관련성은 불분명합니다 19,20,21. 이러한 문제에 대응하기 위해 인간 질 조직의 오가노이드 및 Transwell 삽입 모델도 FRT 19,22,23,24에서 숙주-병원체 상호 작용을 연구하는 데 사용되었습니다. 그러나 이들은 정적 배양이기 때문에 짧은 기간(<16-24시간) 동안만 살아있는 미생물과 인간 세포의 공동 배양을 지원할 수 있으며, 점액 생성 및 유체 흐름과 같은 인간 질 미세환경의 다른 잠재적으로 중요한 다른 많은 물리적 특징이 부족합니다22.
장기 칩(Organ Chip)은 동적 유체 흐름 하에서 배양된 살아있는 세포가 늘어선 하나 이상의 평행한 중공 미세채널을 포함하는 3차원(3D) 미세유체 배양 시스템입니다. 2채널 칩은 두 개의 평행 채널을 분리하는 다공성 멤브레인의 반대쪽에서 서로 다른 세포 유형(예: 상피 및 기질 섬유아세포 또는 상피와 혈관 내피)을 배양하여 장기 수준의 조직-조직 인터페이스를 재현할 수 있습니다(그림 1). 두 조직 모두 유체 흐름에 독립적으로 노출될 수 있으며, 복잡한 마이크로바이옴 25,26,27,28과 공동 배양을 가능하게 하는 미세 호기성 조건을 경험할 수도 있습니다. 이 접근법은 최근 호르몬에 민감한 원발성 질 상피와 기저 기질 섬유아세포로 둘러싸인 인간 질 칩을 개발하는 데 활용되었으며, 이는 상피 내강에서 낮은 생리적 산소 농도를 유지하고 시험관 내에서 최소 3일 동안 건강한 디스바이오틱 마이크로바이옴과 공동 배양을 가능하게 합니다 29. 질 칩은 최적(건강한) L. crispatus 컨소시엄에 의한 집락화를 연구하고 최적이 아닌(건강하지 않은) G. vaginalis 함유 컨소시엄으로 인한 염증 및 부상을 감지하는 데 사용할 수 있음을 입증했습니다. 여기에서는 인간 질 칩을 만들고 건강하고 불균형적인 박테리아 커뮤니티를 온칩에 구축하는 데 사용되는 방법을 자세히 설명합니다.

<table><tbody><tr><td>0.22 & 마이크로; m 스테리플립</td><td>밀리포어&nbsp;</td><td>SCGP00525</td><td>미디어를 부활시키기 위해</td></tr><tr><td>2채널 칩</td><td>에뮬레이트</td><td>BRK-S1-WER-24</td><td>2채널 칩 키트의 일부입니다</td></tr><tr><td>200 & mu; L 배리어 팁(또는 필터 팁)</td><td>토마스 사이언티픽, SHARP</td><td>1159M40</td><td>칩 씨딩에 사용되는 팁</td></tr><tr><td>활성화 시약 1(또는 ER-1 분말) & nbsp;</td><td>에뮬레이트</td><td>칩 S1 기본 연구 키트-24PK</td><td>2채널 칩 키트의 일부; 저장 온도 -20 & deg; 참고; 그리고 nbsp;</td></tr><tr><td>활성화 시약 2(또는 ER-2 용액)&nbsp;</td><td>에뮬레이트</td><td>칩 S1 기본 연구 키트-24PK</td><td>2채널 칩 키트의 일부; 저장 온도 4 & 도; C</td></tr><tr><td>아데닌</td><td>시그마 올드리치&nbsp;</td><td>A2786</td><td>분별 매체의 구성 요소</td></tr><tr><td>브루셀라 혈액 한천 플레이트</td><td>VWR 인터내셔널 주식회사&nbsp;</td><td>89405-032</td><td>헤민과 비타민 K와 함께; 가드네렐라 질의 개체 조사를 위해서입니다</td></tr><tr><td>Ca2+ 및 Mg2+ 자유 DPBS (DPBS (-/-)</td><td>사이엔셀</td><td>303</td><td>세척 셀을 위해</td></tr><tr><td>염화칼슘</td><td>시그마 올드리치&nbsp;</td><td>C5670</td><td>분별 매체의 구성 요소</td></tr><tr><td>염화칼슘(무질)그리고 nbsp;</td><td>시그마 올드리치&nbsp;</td><td>499609</td><td>HBSS의 구성 요소 (LB/+G)</td></tr><tr><td>콜라겐 I&nbsp;</td><td>코닝</td><td>354236</td><td>HVEC용 코팅 솔루션에 대해</td></tr><tr><td>콜라겐 IV와 nbsp;</td><td>시그마 올드리치&nbsp;</td><td>C7521</td><td>HVEC용 코팅 솔루션에 대해</td></tr><tr><td>콜라겐제 IV</td><td>깁코</td><td>17104019</td><td>질 칩에서 세포 분리를 위해</td></tr><tr><td>완전 섬유아세포 매체&nbsp;</td><td>사이엔셀</td><td>2301</td><td>HUF 문화를 위한 미디어</td></tr><tr><td>완전 질 상피 매체</td><td>생명선</td><td>LL-0068</td><td>HVEC 문화를 위한 미디어</td></tr><tr><td>D-포도당(덱스트로스)&nbsp;</td><td>시그마 올드리치&nbsp;</td><td>158968</td><td>HBSS의 구성 요소 (LB/+G)</td></tr><tr><td>DMEM(저혈당)&nbsp;</td><td>서모피셔</td><td>12320-032</td><td>분별 매체의 구성 요소</td></tr><tr><td>동적 흐름 모듈(또는 Zo&euml;)</td><td>에뮬레이트</td><td>Zo&euml;-CM1</td><td>칩의 유량을 조절합니다</td></tr><tr><td>햄의 F12</td><td>서모피셔</td><td>11765-054</td><td>분별 매체의 구성 요소</td></tr><tr><td>열로 불활성화 FBS&nbsp;</td><td>Thermofisher와 nbsp;</td><td>10438018</td><td>분별 매체의 구성 요소</td></tr><tr><td>인간 자궁 섬유아세포</td><td>사이엔셀</td><td>7040</td><td>후프</td></tr><tr><td>인간 질 상피 세포</td><td>생명선</td><td>FC-0083</td><td>HVEC</td></tr><tr><td>하이드로코르티손</td><td>시그마 올드리치&nbsp;</td><td>H0396</td><td>분별 매체의 구성 요소</td></tr><tr><td>이테스</td><td>론자</td><td>17-839Z</td><td>분별 매체의 구성 요소</td></tr><tr><td>L-글루타민</td><td>서모피셔</td><td>25030081</td><td>분별 매체의 구성 요소</td></tr><tr><td>육수화마그네슘 클로라이드</td><td>시그마 올드리치&nbsp;</td><td>M2393</td><td>HBSS의 구성 요소 (LB/+G)</td></tr><tr><td>황산마그네슘 헵타하이드레이트</td><td>시그마 올드리치&nbsp;</td><td>M1880</td><td>HBSS의 구성 요소 (LB/+G)</td></tr><tr><td>MRS 한천 플레이트</td><td>VWR 인터내셔널 주식회사&nbsp;</td><td>89407-214</td><td>락토바실러스 열거</td></tr><tr><td>O-포스포릴레탄놀아민</td><td>시그마 올드리치&nbsp;</td><td>P0503</td><td>분별 매체의 구성 요소</td></tr><tr><td>펜/연쇄상구균</td><td>Thermofisher와 nbsp;</td><td>15070063</td><td>분별 매체의 구성 요소</td></tr><tr><td>pH 스트립</td><td>피셔-사이언티픽</td><td>13-640-520</td><td>pH와 nbsp 측정을 위해;</td></tr><tr><td>포드 (1/칩)&nbsp;</td><td>에뮬레이트</td><td>BRK-S1-WER-24</td><td>2채널 칩 키트의 일부입니다</td></tr><tr><td>폴리-L-라이신</td><td>사이엔셀</td><td>403</td><td>HUF용 코팅 용액을 위해</td></tr><tr><td>염화칼륨&nbsp;</td><td>시그마 올드리치&nbsp;</td><td>P3911</td><td>HBSS의 구성 요소 (LB/+G)</td></tr><tr><td>인산칼륨 단염성</td><td>시그마 올드리치&nbsp;</td><td>P0662</td><td>HBSS의 구성 요소 (LB/+G)</td></tr><tr><td>멸균 80% 글리세롤 & nbsp;</td><td>국회의원 생의학 및 nbsp;</td><td>113055034</td><td>박테리아 샘플 냉동</td></tr><tr><td>트리이오도티로닌</td><td>시그마 올드리치&nbsp;</td><td>그리고 nbsp; T6397</td><td>분별 매체의 구성 요소</td></tr><tr><td>트리판 블루 솔루션 (0.4%)&nbsp;</td><td>시그마 올드리치&nbsp;</td><td>T8154</td><td>살아있는 세포/죽은 세포 수를 세는 데</td></tr><tr><td>트립LE 익스프레스</td><td>Thermofisher와 nbsp;</td><td>12605010</td><td>질 칩에서 세포 분리를 위해</td></tr><tr><td>트립신 중화용액(TNS)&nbsp;</td><td>사이엔셀</td><td>113</td><td>트립신 중화를 위해</td></tr><tr><td>트립신/EDTA 솔루티옴 (0.25%)</td><td>사이엔셀</td><td>103</td><td>세포 해리에 대해... nbsp;</td></tr><tr><td>&beta;-에스트라디올&nbsp;</td><td>시그마 올드리치&nbsp;</td><td>E2257</td><td>분화 매개체를 위한 호르몬</td></tr></tbody></table>

인간 vagina-on-a-chip에서 건강하고 dysbiotic 질 미세환경 모델링

Modeling Healthy and Dysbiotic Vaginal Microenvironments in a Human Vagina-on-a-Chip

여성의 건강, 특히 여성 생식관 질환(FRT)은 건강하지 않은 생식기관이 생명을 위협하는 질병, 불임 또는 임신 중 부정적인 결과를 초래할 수 있음에도 불구하고 마땅히 받아야 할 관심을 받지 못했습니다. 이 분야의 한 가지 장벽은 FRT의 생리학 및 병태생리학을 충실하게 모방하는 전임상 실험 모델이 부족하다는 것입니다. 현재의 체외 및 동물 모델은 호르몬 변화, 미세 호기성 조건 및 질 마이크로바이옴과의 상호 작용을 완전히 요약하지 못합니다. 조직-조직 계면, 혈관 관류, 간질액 흐름 및 인간 장기의 주요 하위 단위의 물리적 미세환경을 모방할 수 있는 Organ-on-a-Chip(Organ Chip) 미세유체 배양 기술의 출현은 잠재적으로 이 문제에 대한 해결책이 될 수 있습니다. 최근에는 인간 질 기질과 연결되어 역동적인 유체 흐름을 경험하는 원발성 인간 질 상피와 인간 질 미생물 컨소시엄의 공동 배양을 지원하는 human Vagina Chip이 개발되었습니다. 이 칩은 건강하고 불균형한 미생물 군집에 대한 인간 질의 생리적 반응을 복제합니다. 인간 질 칩을 만들기위한 자세한 프로토콜이이 기사에 설명되어 있습니다.

인간의 질은 섬유아세포가 풍부한 콜라겐 기질 위에 있는 성층상피(stratified epithelium)로 둘러싸여 있습니다. 이를 모델링하기 위해 2채널 미세유체 장기 칩 장치 내에서 공통 다공성 막의 반대쪽에 있는 원발성 인간 질 상피와 섬유아세포를 배양하여 조직 인터페이스를 만들었습니다. 질 상피의 형성은 명시야 현미경 이미징을 사용하여 모니터링되며, 이를 통해 점진적으로 여러 세포층을 형성하는 연속적인 세포 시트의 형성을 확인할 수 있습니다(그림 2A). 이전 보고서에서는 이 형태가 횡단면29에서 볼 때 완전히 층화된 상피의 발달과 관련이 있음을 확인했습니다. 그러나 상피층이 고르지 않고 불연속적으로 보이는 경우(그림 2B) 질 칩이 실험에 사용하기에 적합하지 않을 수 있습니다.
그림 3은 질 칩(Vagina Chip)의 생성에 대한 개략도를 보여줍니다. 질 칩의 기능을 검증하기 위해 칩에 L. crispatus 와 G. vaginalis 를 접종하여 각각 건강한 질 환경과 불균형적인 질 환경을 모델링했습니다. G. vaginalis 는 주로 세균성 질염에 관여하는 박테리아입니다. 질 칩에 건강하고 불균형적인 박테리아가 생착하는지 확인하기 위해, 채널 유출물과 소화된 세포층을 선택적 박테리아 성장 매체( L. crispatus 의 경우 De Man-Rogosa-Sharpe(MRS) 한천, G. 질의 경우 Brucella 혈액 한천(BBA))( 재료 표 참조)에 도금하고 원래 접종물을 사용하여 유사한 배양물과 비교하여 다양한 박테리아 집단으로 접종된 질 칩의 박테리아 부하를 정량화했습니다. L. crispatus 와 G. vaginalis 의 콜로니는 도금 후 48시간 이내에 검출되었으며(그림 2C), 건강한 박테리아와 불균형 박테리아가 모두 질 칩에 생착되었음을 확인했습니다. 그러나, 접종물이 들어있는 플레이트에서 박테리아 콜로니가 관찰되지만 필요한 배양 후 폐수 또는 소화물이 들어있는 플레이트에서 관찰되지 않는 경우, 박테리아가 생착하지 않았다는 결론을 내릴 수 있습니다.
건강한 질 환경은 산성이며, 미생물 불균형으로 인해 질 pH31이 증가합니다. 따라서 Vagina Chip의 정점 상피 채널의 유출물의 pH도 분석되었습니다. L. crispatus 를 접종한 Vagina Chips의 pH는 접종하지 않은 대조군 칩의 pH와 유사했으며, G. vaginalis 와 공동 배양했을 때 pH가 크게 증가했습니다(그림 2D). 감염되지 않은 질 칩의 pH가 높은 것으로 관찰되면 문제가 있음을 나타내며 이러한 칩을 실험에 사용해서는 안 됩니다.
질 조직의 염증 상태는 질 마이크로바이옴의 구성에도 민감하며, 이형성 미생물 마이크로바이옴이 염증을 자극합니다. L. crispatus 또는 G. vaginalis를 접종한 지 3일 후에 질 칩의 정점 채널에 있는 전염증성 사이토카인을 분석한 결과, 감염되지 않은 칩 및 L. crispatus를 접종한 칩에 비해 G. vaginalis에서 전염증 반응이 더 높은 것으로 유사하게 밝혀졌습니다(그림 2E). 종합하면, 이러한 결과는 질 칩이 건강한 상태와 불균형 상태 모두에서 인간의 질 미세 환경을 밀접하게 모방한다는 것을 보여줍니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66486/66486fig01.jpg"> 그림 1: 2채널 칩과 해당 포드. (A) 채널과 포트를 보여주는 2채널 PDMS 칩의 이미지. (B) 정점 및 기저 수로의 저장소와 항구를 묘사하는 포드 이미지. (C) 미생물에 감염된 질 칩의 단면도를 보여주는 개략도. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66486/66486fig01large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66486/66486fig02.jpg"> 그림 2: Vagina Chip은 건강하고 불균형적인 인간 질 미세환경을 모방합니다. (A) 견고한 질 칩의 정점 채널에 있는 질 상피 세포. 스케일 바는 상단 이미지에서 칩의 1mm를 나타내고 하단 이미지에서 500μm를 나타냅니다. (B) 부적절한 질 칩의 정점 채널에 있는 질 상피 세포. 스케일 바는 상단 이미지에서 칩의 1mm를 나타내고 하단 이미지에서 500μm를 나타냅니다. (C) 질 칩에서 L. crispatus (LC) 및 G. vaginalis (GV)의 생착. (D) 감염되지 않은(대조군) 질 칩과 비교하여 L. crispatus(LC) 및 G. vaginalis(GV)로 72시간 배양 후 질 칩의 pH. (E) 감염되지 않은(대조군) 질 칩과 비교하여 72시간 배양 후 L. crispatus(LC) 및 G. vaginalis(GV)에 대한 질 칩의 전염증 반응. (C-E) 그래프는 4-6 칩에 대한 평균 ± SD를 나타냅니다. * p < 0.05, ** p < 0.01, ***p < 0.001 대조 질 칩과 비교; 각 (●)는 1개 칩의 데이터를 나타냅니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66486/66486fig02large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66486/66486fig03.jpg"> 그림 3: Vagina Chip의 생성을 위한 프로토콜의 개략도 . 세포를 파종하고 Vagina Chip의 생성과 관련된 단계를 개략적으로 표현합니다. HVEC - 인간 질 상피 세포; HUF - 인간 자궁 섬유아세포; VEM - 질 상피 매체; FM - 섬유아세포 매체; DM - 분화 매체; PS - 페니실린 스트렙토마이신. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66486/66486fig03large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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.

인간 Vagina-on-a-Chip에서 건강하고 dysbiotic 질 미세환경 모델링

Women's health, and particularly diseases of the female reproductive tract (FRT), have not received the attention they deserve, even though an unhealthy ...

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.

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Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

상피 세포가 3 차원 세포 골재 형성의 결과로 생리적 조건에서 성장할 수있는 회전 세포 배양 시스템이 설명되어 있습니다. 집계는 디스플레이를...

Culturing 및 벽면 선박 생물 반응기를 회전의 응용은 3D 상피 세포 모델을 유래

출처: Morrill, SR, et al. 혐기성 성장 박테리아에 의한 쥐 질 집락화 모델. J. Vis. 경험. (2022년)이 비디오는 항생제 내성 혐기성 박테리아를 사용하여 마우스의 질 집락화를 모델링하기 위한 프로토콜을 보여줍니다. 상피 감수성을 증가시키기 위한 호르몬 치료로 시작하여 혐기성 조건에서 질 접종 및 동시 접종이 이어집니다. 이 절차는 박테리아 집락화 및 생물막 형성을 평가하기 위한 접종 후 샘플링 및 배양으로 마무리됩니다.

혐기성 박테리아에 의한 쥐 질 집락화 모델링

우리는 인간의 장 - 온 - 어 - 칩 microphysiological 시스템을 사용하여 확장 된 기간 동안 체외 프로토콜 공동 문화 장내 마이크로 바이 옴과 장 융모에 대해 설명합니다.

에 Microengineered 인간의 장내 융모와 생활 마이크로 바이 옴의 공동 문화 창자 - 온 - 어 - 칩 미세 유체 장치

이 프로토콜은 혐기성 배양 된 인간 질 박테리아를 사용한 질 식민지화의 마우스 모델을 제시합니다. 우리는 Gardnerella vaginalis에 초점을 맞추고 Prevotella bivia 및 Fusobacterium nucleatum에 대한 제안을 포함합니다. 이 프로토콜은 또한 질 접종 및 다른 혐기성 성장 박테리아의 실행 가능한 회복을위한 지침으로 사용될 수 있습니다.

혐기성 박테리아에 의한 쥐 질 집락화 모델

neuroHuMiX는 근접 및 대표 공동 배양 조건에서 박테리아, 상피 및 신경 세포의 상호 작용을 연구하기 위한 고급 gut-on-a-chip 모델입니다. 이 모델을 통해 장내 마이크로바이옴과 신경계 사이의 통신의 기초가 되는 분자 메커니즘을 밝힐 수 있습니다.

장내 마이크로바이옴-신경계 축을 연구하기 위한 gut-on-a-chip 모델

이 프로토콜은 질병 발병에 대한 기계론적 연구에 사용할 수 있는 괴사성 장염(NEC)의 시험관 내 모델을 설명합니다. 인간 신생아 장, 내피 세포 및 중증 NEC가 있는 신생아의 장내 마이크로바이옴에서 추출한 장내 장내형 칩을 파종한 것이 특징입니다.

인간 신생아 장 장내염과 디스바이오틱 마이크로바이옴을 통합한 괴사성 장염의 미세유체 모델

개의 장 오가노이드와 Gut-on-a-Chip 미세유체 시스템의 통합은 인간 장 질환에 대한 관련 번역 모델을 제공합니다. 제시된 프로토콜은 장의 3D 형태 형성 및 동적 체외 모델링을 가능하게 하여 One Health를 통해 개와 인간의 장 질환에 대한 효과적인 치료법 개발을 지원합니다.

염증성 장 질환 환자에서 유래한 장 오가노이드를 사용한 개 장내 칩의 3차원 형태 형성

당사의 상세 프로토콜은 3D 구조와 다양한 세포 유형으로 인간의 장 점막을 시뮬레이션하는 고급 intestine-on-chip 모델의 생성 및 사용을 간략하게 설명하여 미생물 집락화에 대한 면역 반응 및 세포 기능에 대한 심층 분석을 가능하게 합니다.

장 점막 면역 반응을 분석하기 위한 Immunocompetent Intestine-on-Chip 모델

골드에 긴 사슬 alkane thiols의 형성에서 자기 조립 monolayers은 (샘스) 단백질 패턴 및 셀 감금의 형성을위한 잘 정의된 기판을 제공합니다. 와 backfilling 다음 polydimethylsiloxane (PDMS) 스탬프를 사용하여 hexadecanethiol의 Microcontact 인쇄 글리콜 - 종료 alkane thiol 모노머는 스탬프 hexadecanethiol 지역에 단백질과 세포 adsorb 패턴을 생산하고 있습니다.

단백질과 세포 교도소에 대한 2 차원 문양의 기판 만들기

개인 모델링에 대한 환자의 심장 구조의 생체 영상에서 심실 섬유 방향을 예측할 수 방법론이 설명되어 있습니다. 방법의 유효성을 검사는 정상 사용하고 견 (犬) 마음이 입증 실패 수행 한 임상 관찰 수준의 예상과 인수 섬유 방향 사이에 큰 차이가 없다는 겁니다.

심장의 환자 별 모델링 : 심실 섬유 오리엔테이션의 추정

학습하세요 인간 질 마이크로바이옴 상호작용을 연구하기 위한 직장 칩 기술을 활용한 질 칩 개발 방법입니다. 이 혁신적인 마이크로유체 장치는 생리학적 미세환경을 유지하며 질 건강 및 미생물 기반 치료제 발견에 활용됩니다.

인간 Vagina-on-a-Chip에서 건강하고 dysbiotic 질 미세환경 모델링

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