Modelagem de microambientes vaginais saudáveis e disbióticos em uma vagina humana em um chip
16 de fevereiro de 2024
Este artigo descreve um protocolo para a criação de um dispositivo de cultura microfluídica vagina-on-a-chip (Vagina Chip) que permite o estudo das interações do hospedeiro humano com um microbioma vaginal vivo sob condições microaerofílicas. Este chip pode ser usado como uma ferramenta para investigar doenças vaginais, bem como para desenvolver e testar possíveis contramedidas terapêuticas.
Desenvolvemos com sucesso um chip de vagina humana que suporta a diferenciação espontânea do epitélio vaginal estratificado escamoso, forma uma forte barreira, responde a hormônios e gera um microbioma que suporta gradientes de oxigênio. As culturas 2D e organoides são atualmente usadas para estudar a disbiose vaginal, mas não são capazes de imitar as complexidades fisiológicas do microambiente vaginal devido à sua natureza estática. Os modelos animais também não podem modelar as mesmas alterações hormonais presentes no ciclo menstrual humano, e o microbioma vaginal entre espécies animais e humanos difere.
Decidimos explorar se a tecnologia de chips de órgãos pode ser usada para desenvolver um modelo pré-clínico de interações do microbioma da vagina humana, que poderia ser usado para descoberta e avaliação de possíveis terapias baseadas em microbioma. O chip da vagina permite o fluxo dinâmico de fluido através do epitélio vaginal e do estroma, o que prolonga sua co-cultura com consórcios microbianos vaginais e mantém um microambiente fisiologicamente relevante. A vagina humana em um chip é uma ferramenta empolgante que pode ser usada para estudar várias doenças do trato reprodutivo feminino e validar novos bioterapêuticos.
Visão Geral
Este artigo apresenta um protocolo para o desenvolvimento de um microdispositivo vaginal em chip (Vagina Chip) que facilita o estudo das interações humanas com um microbioma vaginal vivo em condições microaerófilas. Este dispositivo inovador tem como objetivo aprimorar a compreensão das doenças vaginais e o desenvolvimento de terapêuticas baseadas no microbioma.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Microfluídica
- Pesquisa sobre o microbioma vaginal
- Modelos pré-clínicos
Antecedentes
- Os cultivos 2D e organoides atuais não conseguem replicar as complexidades do microambiente vaginal.
- Os modelos animais não refletem com precisão as alterações hormonais humanas durante o ciclo menstrual.
- O microbioma vaginal varia significativamente entre humanos e outras espécies.
- Existe a necessidade de modelos dinâmicos para estudar a disbiose vaginal e potenciais terapêuticas.
Objetivo do Estudo
- Desenvolver um modelo pré-clínico utilizando a tecnologia de chip de órgãos para estudar as interações do microbioma vaginal humano.
- Investigar o potencial para descoberta e avaliação de terapias baseadas no microbioma.
- Criar uma plataforma que mantenha um microambiente fisiologicamente relevante.
Métodos Utilizados
- Desenvolvimento de um chip microfluídico de vagina.
- Suporte à diferenciação espontânea do epitélio vaginal.
- Fluxo dinâmico de fluido através do epitélio e estroma vaginais.
- Cocultivo com consórcios microbianos vaginais.
Resultados Principais
- O chip vaginal sustenta com sucesso uma resposta de barreira robusta aos hormônios.
- Ele gera gradientes de oxigênio que favorecem o crescimento do microbioma.
- O modelo permite o co-cultivo prolongado com microrganismos vaginais.
- Ele imita as condições fisiológicas da vagina humana.
Conclusões
- O chip vaginal representa um avanço significativo no estudo da saúde vaginal.
- Esse modelo pode levar a novas descobertas sobre doenças e terapias vaginais.
- Oferece uma representação mais precisa das interações do microbioma vaginal humano.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
O modelo Vagina-em-um-Chip humano preenche uma lacuna crítica na pesquisa pré-clínica em saúde da mulher, permitindo estudos fisiologicamente relevantes dos microambientes vaginais. Esta plataforma oferece confiança preditiva na avaliação das interações entre microbioma e hospedeiro e na redução de riscos de hipóteses terapêuticas em estágios iniciais para intervenções baseadas no microbioma. Sua capacidade de recapitular condições hormonais, microbianas e de barreira dinâmicas posiciona-o como um ativo estratégico para o avanço de portfólios em pesquisa e desenvolvimento em saúde reprodutiva.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biofármacos
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Permite a investigação das interações entre hospedeiro e microbioma sob condições controladas e relevantes para humanos.
- Apoia a desmistificação biológica ao modelar estados vaginais saudáveis e disbióticos.
- Facilita a validação funcional de alvos terapêuticos relacionados à saúde e doenças vaginais.
- Aprimora a confiança preditiva para o avanço de conceitos terapêuticos baseados no microbioma.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Oferece um sistema validado e reprodutível para avaliação quantitativa do enxerto microbiano e das respostas epiteliais.
- Padroniza as condições do ensaio com fluxo dinâmico de fluido e gradientes de oxigênio para resultados consistentes.
- Permite triagem escalonável de terapêuticas candidatas ou consórcios microbianos em um contexto fisiologicamente relevante.
- Apóia a avaliação confiável dos efeitos de compostos sobre a integridade da barreira epitelial e a modulação do pH.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Alinha a modelagem pré-clínica com microambientes relevantes para doenças humanas, garantindo continuidade translacional.
- Facilita decisões de avanço ajustadas ao risco ao fornecer insights mecanicistas sobre a dinâmica hospedeiro-microbioma.
- Apoia a descoberta e validação de biomarcadores para desfechos relacionados à saúde vaginal.
- Reduz lacunas translacionais associadas a modelos animais tradicionais ou modelos in vitro estáticos.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
Este modelo microfluídico integra-se à continuidade de descoberta a pré-clínico, conectando estudos mecanicistas iniciais e validação translacional para terapêuticas baseadas no microbioma.
- Biologia da Descoberta: Permite testar hipóteses sobre influências microbianas e hormonais na função epitelial e na integridade da barreira.
- Triagem: Fornece resultados quantitativos e reprodutíveis para enxertia microbiana e modulação de pH sob condições dinâmicas.
- Análises: Permite a medição da diferenciação epitelial, resposta da barreira e composição do microbioma para análise comparativa.
- Pesquisa Translacional: Oferece um sistema relevante para doenças, útil para validação pré-clínica de intervenções candidatas.
- Reutilização Empresarial: Funciona como uma plataforma reutilizável para diversos estudos na área de saúde vaginal e pesquisa do microbioma.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva e reduz a ambiguidade mecanicista na pesquisa sobre saúde vaginal.
- Valor Operacional: Oferece fluxos de trabalho padronizados, escalonáveis e reprodutíveis para equipes multifuncionais.
- Valor Estratégico: Permite decisões informadas de prosseguir/não prosseguir e o avanço eficiente em termos de capital de programas baseados no microbioma.
- Impacto no Portfólio: Apoia a priorização ajustada ao risco e acelera o desenvolvimento de novos terapêuticos para a saúde da mulher.
Considerações sobre a Implementação
- Exige expertise em microfluídica, cultivo de células primárias e manipulação de microbioma.
- Necessita acesso a módulos de fluxo dinâmico e infraestrutura analítica para leituras quantitativas.
- Exige padronização entre equipes de protocolos para reprodutibilidade e comparabilidade dos dados.
- Pode ser necessária adaptação para diferentes consórcios microbianos ou condições hormonais.
- As limitações incluem a necessidade de controle cuidadoso dos gradientes de oxigênio e da composição do meio para manter a relevância fisiológica.
Perguntas Frequentes sobre Biotecnologia Farmacêutica
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
