Моделирование здорового и дисбиотического микроокружения влагалища в человеческом влагалище-на-чипе
16 февраля 2024 г.
В данной статье описан протокол создания микрофлюидного устройства для культивирования влагалища на чипе (Vagina Chip), позволяющего изучать взаимодействие человека с живым микробиомом влагалища в микроаэрофильных условиях. Этот чип может быть использован в качестве инструмента для исследования вагинальных заболеваний, а также для разработки и тестирования потенциальных терапевтических контрмер.
Мы успешно разработали чип влагалища человека, который поддерживает спонтанную дифференцировку плоскоклеточного стратифицированного эпителия влагалища, образует прочный барьер, реагирует на гормоны и генерирует микробиом, поддерживающий градиенты кислорода. 2D-культуры и органоидные культуры в настоящее время используются для изучения дисбактериоза влагалища, но они не могут имитировать физиологические сложности микроокружения влагалища из-за своей статической природы. Животные модели также не могут моделировать те же гормональные изменения, которые присутствуют в менструальном цикле человека, и микробиом влагалища у разных видов животных и людей отличается.
Мы решили изучить, можно ли использовать технологию органных чипов для разработки доклинической модели взаимодействия микробиома влагалища человека, которая потенциально может быть использована для открытия и оценки потенциальных терапевтических средств на основе микробиома. Вагинальный чип обеспечивает динамический поток жидкости через эпителий и строму влагалища, что продлевает его совместное культивирование с микробными консорциумами влагалища и поддерживает физиологически значимое микроокружение. Человеческое влагалище на чипе — это захватывающий инструмент, который может быть использован для изучения различных заболеваний женского репродуктивного тракта и проверки новых биотерапевтических средств.
Обзор
В данной статье представлен протокол разработки микрофлюидного чипа «вагина на чипе» (Vagina Chip), который позволяет изучать взаимодействие человека с живым микробиомом влагалища в микроаэрофильных условиях. Это инновационное устройство направлено на углубление понимания заболеваний влагалища и разработку терапевтических средств на основе микробиома.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Микрофлюидика
- Исследование микробиома влагалища
- Доклинические модели
Теоретическая часть
- Современные 2D-культуры и органоиды не позволяют воспроизвести всю сложность микросреды влагалища.
- Животные модели недостаточно точно отражают гормональные изменения, происходящие в организме человека в течение менструального цикла.
- Микробиом влагалища значительно различается у людей и других видов.
- Существует потребность в динамических моделях для изучения дисбиоза влагалища и поиска потенциальных терапевтических средств.
Цель исследования
- Разработать доклиническую модель с использованием технологии «орган на чипе» для изучения взаимодействий микробиома влагалища человека.
- Исследовать потенциал для поиска и оценки терапевтических средств на основе микробиома.
- Создать платформу, поддерживающую физиологически релевантную микросреду.
Используемые методы
- Разработка микрофлюидного чипа влагалища.
- Поддержка спонтанной дифференцировки эпителия влагалища.
- Динамический поток жидкости через эпителий и строму влагалища.
- Сокультивирование с микробными консорциумами влагалища.
Основные результаты
- Чип влагалища успешно поддерживает выраженный барьерный ответ на гормоны.
- Он создает градиенты кислорода, которые способствуют росту микробиома.
- Данная модель позволяет осуществлять длительное совместное культивирование с микробами влагалища.
- Она имитирует физиологические условия человеческого влагалища.
Выводы
- Чип влагалища представляет собой значительный прогресс в изучении здоровья влагалища.
- Эта модель может дать новое понимание заболеваний влагалища и методов их терапии.
- Она обеспечивает более точное представление о взаимодействиях микробиома влагалища человека.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Модель «влагалище на чипе» (Vagina-on-a-Chip) для человека восполняет критический пробел в доклинических исследованиях женского здоровья, позволяя проводить физиологически релевантные исследования микросреды влагалища. Данная платформа обеспечивает прогностическую достоверность при оценке взаимодействий между микробиомом и организмом хозяина, а также снижает риски при проверке гипотез на ранних стадиях разработки терапевтических методов воздействия на микробиом. Способность модели воспроизводить динамические гормональные, микробные и барьерные условия делает ее стратегическим активом для развития портфеля исследований и разработок в области репродуктивного здоровья.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Позволяет исследовать взаимодействия между хозяином и микробиомом в контролируемых, релевантных для человека условиях.
- Способствует снижению биологических рисков путем моделирования как здорового, так и дисбиотического состояния влагалища.
- Облегчает функциональную валидацию терапевтических мишеней, связанных со здоровьем и заболеваниями влагалища.
- Повышает прогностическую уверенность при разработке терапевтических концепций на основе микробиома.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает валидированную, воспроизводимую систему для количественной оценки приживаемости микробов и эпителиальных ответов.
- Стандартизирует условия анализа с динамическим потоком жидкости и градиентами кислорода для получения стабильных результатов.
- Позволяет проводить масштабируемый скрининг потенциальных терапевтических средств или микробных консорциумов в физиологически релевантном контексте.
- Обеспечивает надежную оценку воздействия соединений на целостность эпителиального барьера и модуляцию pH.
Трансляционные и доклинические исследования
- Приводит доклиническое моделирование в соответствие с микросредами, релевантными заболеваниям человека, для обеспечения трансляционной преемственности.
- Облегчает принятие решений о дальнейшем продвижении с учетом рисков, предоставляя понимание механизмов динамики взаимодействия хозяина и микробиома.
- Поддерживает поиск и валидацию биомаркеров для конечных точек здоровья влагалища.
- Сокращает трансляционные разрывы, связанные с традиционными моделями на животных или статическими моделями in vitro.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Эта микрофлюидная модель интегрируется в континуум от открытия до доклинических исследований, связывая ранние механистические исследования и трансляционную валидацию терапевтических средств на основе микробиома.
- Фундаментальная биология: позволяет проверять гипотезы о влиянии микроорганизмов и гормонов на функцию эпителия и целостность барьера.
- Скрининг: обеспечивает количественные, воспроизводимые результаты при изучении приживаемости микробиоты и модуляции pH в динамических условиях.
- Аналитика: позволяет измерять дифференцировку эпителия, барьерный ответ и состав микробиома для проведения сравнительного анализа.
- Трансляционные исследования: предлагает релевантную модели заболевания систему для доклинической валидации потенциальных методов терапии.
- Повторное использование в организации: служит многофункциональной платформой для проведения различных исследований в области здоровья влагалища и изучения микробиома.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неоднозначность в исследованиях здоровья влагалища.
- Операционная ценность: обеспечивает стандартизированные, масштабируемые и воспроизводимые рабочие процессы для кросс-функциональных групп.
- Стратегическая ценность: позволяет принимать обоснованные решения о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и эффективно использовать капитал при продвижении программ на основе микробиома.
- Влияние на портфель: поддерживает приоритизацию с учетом рисков и ускоряет разработку новых терапевтических средств для здоровья женщин.
Особенности реализации
- Требуются экспертные знания в области микрофлюидики, первичного культивирования клеток и работы с микробиомом.
- Необходим доступ к модулям динамического потока и аналитической инфраструктуре для получения количественных показателей.
- Требуется стандартизация протоколов между исследовательскими группами для обеспечения воспроизводимости и сопоставимости данных.
- Может потребоваться адаптация метода для различных микробных консорциумов или гормональных условий.
- Ограничения включают необходимость тщательного контроля градиентов кислорода и состава среды для сохранения физиологической релевантности.
Часто задаваемые вопросы по биофармацевтике
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
