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 этой статье представлен протокол разработки микрофлюидного вагины-на-чипе (Vagina Chip), который облегчает исследование взаимодействий человека с живым вагинальным микробиомом в микроаэрофильных условиях. Это инновационное устройство направлено на улучшение понимания вагинальных заболеваний и разработки терапевтических средств на основе микробиома.
Ключевые компоненты исследования
Область науки
- Микрофлюидика
- Исследования вагинального микробиома
- Предклинические модели
Предыстория
- Текущие 2D и органоидные культуры не способны воспроизвести сложности вагинальной среды.
- Животные модели не точно отражают гормональные изменения у человека в течение менструального цикла.
- Вагинальный микробиом значительно различается у людей и других видов.
- Существует необходимость в динамических моделях для исследования вагинальной дисбиоза и потенциальных терапевтических средств.
Цель исследования
- Разработать предклиническую модель с использованием технологии органных чипов для исследования взаимодействий микробиома человеческой вагины.
- Исследовать потенциал открытия и оценки терапевтических средств на основе микробиома.
- Создать платформу, поддерживающую физиологически значимую среду.
Использованные методы
- Разработка микрофлюидного вагинального чипа.
- Поддержка спонтанной дифференциации вагинального эпителия.
- Динамическое движение жидкости через вагинальный эпителий и строму.
- Совместное культивирование с вагинальными микробными консорциями.
Основные результаты
- Вагинальный чип успешно поддерживает сильный барьерный ответ на гормоны.
- Он генерирует градиенты кислорода, которые поддерживают рост микробиома.
- Модель позволяет длительное совместное культивирование с вагинальными микробами.
- Он имитирует физиологические условия человеческой вагины.
Выводы
- Вагинальный чип представляет собой значительный прогресс в исследовании вагинального здоровья.
- Эта модель может привести к новым представлениям о вагинальных заболеваниях и терапиях.
- Он предлагает более точное представление взаимодействий вагинального микробиома человека.
Часто задаваемые вопросы
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
