Modelleren van gezonde en dysbiotische vaginale micro-omgevingen in een menselijke vagina-op-een-chip
16 februari 2024
Dit artikel beschrijft een protocol voor het maken van een microfluïdisch vagina-op-een-chip (Vagina Chip) kweekapparaat dat de studie van menselijke gastheerinteracties met een levend vaginaal microbioom onder micro-aerofiele omstandigheden mogelijk maakt. Deze chip kan worden gebruikt als hulpmiddel om vaginale ziekten te onderzoeken en om mogelijke therapeutische tegenmaatregelen te ontwikkelen en te testen.
We hebben met succes een menselijke vaginachip ontwikkeld die spontane differentiatie van plaveiselcelgestratificeerd vaginaal epitheel ondersteunt, een sterke barrière vormt, reageert op hormonen en een microbioom genereert dat zuurstofgradiënten ondersteunt. 2D- en organoïdeculturen worden momenteel gebruikt om vaginale dysbiose te bestuderen, maar ze zijn niet in staat om de fysiologische complexiteit van de vaginale micro-omgeving na te bootsen vanwege hun statische aard. Diermodellen kunnen ook niet dezelfde hormonale veranderingen modelleren die aanwezig zijn in de menselijke menstruatiecyclus, en het vaginale microbioom verschilt tussen diersoorten en mensen.
We wilden onderzoeken of orgaanchiptechnologie kan worden gebruikt om een preklinisch model van menselijke vagina-microbioominteracties te ontwikkelen, dat mogelijk kan worden gebruikt voor het ontdekken en beoordelen van potentiële op microbioom gebaseerde therapieën. De vaginachip zorgt voor een dynamische vloeistofstroom over het vaginale epitheel en het stroma, waardoor de co-culturatie met vaginale microbiële consortia wordt verlengd en een fysiologisch relevante micro-omgeving in stand wordt gehouden. De menselijke vagina-op-een-chip is een opwindend hulpmiddel dat kan worden gebruikt om verschillende ziekten van het vrouwelijke voortplantingsstelsel te bestuderen en nieuwe biotherapeutica te valideren.
Overzicht
Dit artikel presenteert een protocol voor het ontwikkelen van een microfluidische vagina-op-een-chip (Vagina Chip) die de bestudering van menselijke interacties met een levend vaginaal microbioom onder micro-aërofiele omstandigheden faciliteert. Dit innovatieve apparaat is bedoeld om het begrip van vaginale aandoeningen en de ontwikkeling van op het microbioom gebaseerde therapieën te verbeteren.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschappelijk vakgebied
- Microfluidica
- Onderzoek naar het vaginale microbioom
- Preklinische modellen
Achtergrond
- Huidige 2D- en organoïdkweken slagen er niet in om de complexiteit van de vaginale micro-omgeving te reproduceren.
- Diermodellen weerspiegelen de menselijke hormonale veranderingen tijdens de menstruatiecyclus niet nauwkeurig.
- Het vaginale microbioom varieert aanzienlijk tussen mensen en andere diersoorten.
- Er is een behoefte aan dynamische modellen om vaginale dysbiose en potentiële therapeutica te bestuderen.
Doel van de studie
- Om een preklinisch model te ontwikkelen met behulp van organ-on-a-chip-technologie voor het bestuderen van interacties in het menselijke vaginale microbioom.
- Om het potentieel voor de ontdekking en beoordeling van microbioom-gebaseerde therapeutica te onderzoeken.
- Om een platform te creëren dat een fysiologisch relevante micro-omgeving in stand houdt.
Gebruikte methoden
- Ontwikkeling van een microfluïdische vaginachip.
- Ondersteuning van spontane differentiatie van het vaginale epitheel.
- Dynamische vloeistofstroom over het vaginale epitheel en stroma.
- Co-cultivatie met vaginale microbiële consortia.
Belangrijkste resultaten
- De vagina-chip ondersteunt succesvol een sterke barrière-respons op hormonen.
- Het genereert zuurstofgradiënten die de groei van het microbioom ondersteunen.
- Het model maakt langdurige co-cultivatie met vaginale microben mogelijk.
- Het bootst de fysiologische omstandigheden van de menselijke vagina na.
Conclusies
- De vagina-chip vertegenwoordigt een belangrijke vooruitgang in het bestuderen van de vaginale gezondheid.
- Dit model zou kunnen leiden tot nieuwe inzichten in vaginale aandoeningen en therapieën.
- Het biedt een nauwkeuriger weergave van de interacties binnen het menselijk vaginaal microbioom.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie
Het menselijke Vagina-on-a-Chip-model vult een kritisch hiaat in het preklinische onderzoek naar vrouwengezondheid door fysiologisch relevante studies van vaginale micro-omgevingen mogelijk te maken. Dit platform biedt voorspellende betrouwbaarheid bij het evalueren van interacties tussen het microbioom en de gastheer en vermindert de risico's bij vroegstadium therapeutische hypothesen voor interventies op basis van het microbioom. Het vermogen om dynamische hormonale, microbiële en barrièrecondities na te bootsen, maakt dit model tot een strategisch middel voor de verdere ontwikkeling van portfolio's in R&D voor reproductieve gezondheid.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege ontdekking en targetvalidatie
- Maakt onderzoek naar interacties tussen gastheer en microbioom mogelijk onder gecontroleerde, mens-relevante condities.
- Ondersteunt biologische risicoreductie door zowel gezonde als dysbiotische vaginale toestanden te modelleren.
- Faciliteert functionele validatie van therapeutische targets gerelateerd aan vaginale gezondheid en ziekte.
- Verbetert het voorspellende vertrouwen voor de verdere ontwikkeling van therapeutische concepten op basis van het microbioom.
Screening & Assayontwikkeling
- Biedt een gevalideerd, reproduceerbaar systeem voor de kwantitatieve beoordeling van microbiële engraftment en epitheliale responsen.
- Standaardiseert assay-condities met dynamische vloeistofstroom en zuurstofgradiënten voor consistente resultaten.
- Maakt schaalbare screening van kandidaat-therapeutica of microbiële consortia mogelijk in een fysiologisch relevante context.
- Ondersteunt een betrouwbare evaluatie van de effecten van verbindingen op de integriteit van de epitheliale barrière en pH-modulatie.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Rijgt preklinische modellering in lijn met menselijke ziekte-relevante micro-omgevingen voor translationele continuïteit.
- Faciliteert risico-gecorrigeerde beslissingen over verdere ontwikkeling door mechanistische inzichten te verschaffen in gastheer-microbioomdynamiek.
- Ondersteunt de ontdekking en validatie van biomarkers voor eindpunten van vaginale gezondheid.
- Verkleint de translationele kloof die gepaard gaat met traditionele diermodellen of statische in vitro modellen.
Integratie van Pipeline & Workflow
Dit microfluïdische model is geïntegreerd in het continuüm van ontdekking tot preklinische fase, waardoor een brug wordt geslagen tussen vroege mechanistische studies en translationele validatie voor therapeutica op basis van het microbioom.
- Ontdekkingsbiologie: Maakt hypothesetoetsing mogelijk van microbiële en hormonale invloeden op de epitheliale functie en barrière-integriteit.
- Screening: Levert kwantitatieve, reproduceerbare resultaten voor microbiële engraftment en pH-modulatie onder dynamische omstandigheden.
- Analytica: Ondersteunt de meting van epitheliale differentiatie, barrière-respons en microbioomsamenstelling voor vergelijkende analyse.
- Translationeel onderzoek: Biedt een ziekterelevant systeem voor preklinische validatie van kandidaat-interventies.
- Bedrijfsmatige hergebruik: Fungeert als een herbruikbaar platform voor diverse studies naar vaginale gezondheid en microbioomonderzoek.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen en vermindert mechanische ambiguïteit in onderzoek naar vaginale gezondheid.
- Operationele waarde: Levert gestandaardiseerde, schaalbare en reproduceerbare workflows voor cross-functionele teams.
- Strategische waarde: Maakt geïnformeerde go/no-go beslissingen en kapitaalefficiënte voortgang van microbioomgebaseerde programma's mogelijk.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risicogebaseerde prioritering en versnelt de ontwikkeling van innovatieve therapieën voor de gezondheid van vrouwen.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in microfluidica, primaire celkweek en het omgaan met het microbioom.
- Toegang tot dynamische stroommodules en analytische infrastructuur voor kwantitatieve uitlezingen is noodzakelijk.
- Standaardisatie van protocollen tussen teams is vereist voor reproduceerbaarheid en vergelijkbaarheid van gegevens.
- Aanpassing kan nodig zijn voor verschillende microbiële consortia of hormonale condities.
- Beperkingen omvatten de noodzaak voor zorgvuldige controle van zuurstofgradiënten en mediumsamenstelling om de fysiologische relevantie te behouden.
Veelgestelde vragen over Biofarmacie
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
