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 uma vagina-em-um-chip (Vagina Chip) microfluida que facilita o estudo das interações humanas com um microbioma vaginal vivo sob condições microaerofílicas. Este dispositivo inovador visa melhorar a compreensão das doenças vaginais e o desenvolvimento de terapêuticas baseadas no microbioma.
Componentes-Chave do Estudo
Área da Ciência
- Microfluidics
- Pesquisa sobre o microbioma vaginal
- Modelos pré-clínicos
Fundo
- As culturas 2D e organoides atuais não conseguem replicar as complexidades do microambiente vaginal.
- Modelos animais não refletem com precisão as mudanças 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.
Propósito do Estudo
- Desenvolver um modelo pré-clínico usando tecnologia de organ chip para estudar as interações do microbioma da vagina humana.
- Investigar o potencial para descoberta e avaliação de terapêuticas baseadas no microbioma.
- Criar uma plataforma que mantém um microambiente fisiologicamente relevante.
Métodos Utilizados
- Desenvolvimento de um chip vaginal microfluido.
- Suporte para diferenciação espontânea do epitélio vaginal.
- Fluxo de fluido dinâmico através do epitélio e estroma vaginal.
- Co-cultivo com consórcios microbianos vaginais.
Principais Resultados
- O chip vaginal suporta com sucesso uma forte resposta à barreira hormonal.
- Gera gradientes de oxigênio que suportam o crescimento do microbioma.
- O modelo permite co-cultivo prolongado com micróbios vaginais.
- Mimetiza as condições fisiológicas da vagina humana.
Conclusões
- O chip vaginal representa um avanço significativo no estudo da saúde vaginal.
- Este modelo pode levar a novas percepções sobre doenças e terapias vaginais.
- Oferece uma representação mais precisa das interações do microbioma vaginal humano.
Perguntas Frequentes
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
