Um avanço no tratamento da vaginose bacteriana para a saúde da mulher

Caracterização de um modelo microfluídico de vagina humana em um chip. UMA Um diagrama de um chip de órgão de dois canais visto de cima (esquerda) e uma micrografia de maior ampliação através de uma seção transversal de um chip de vagina mostrando células epiteliais vaginais humanas estratificadas cultivadas no canal superior sobre uma membrana porosa de 50 μm de espessura (tracejado as linhas indicam a superfície superior e inferior) com fibroblastos uterinos humanos cultivados no lado oposto da membrana no canal inferior (à direita). B Micrografias de imunofluorescência transversais representativas de chips de vagina humana mostrando epitélio vaginal estratificado escamoso imunocorado para CK14, CK15, CK5, CK13, Involucrin, ZO-1, E-caderina, DSG-3, DSG-1 e F-actina (para mostrar todas as células). Linha tracejada, limite superior da membrana porosa; amarelo, marcadores diferentes; magenta, núcleos corados com DAPI. C Um gráfico mostrando as mudanças na permeabilidade aparente (P_aplicativo) da barreira de tecido vaginal medido no chip para dois doadores humanos 05328 (hispânico) e 04033 (caucasiano) medido pela quantificação do transporte Cascade Blue. Os dados são apresentados como média ± dp; n = 4. D Resultados de RT-qPCR mostrando expressão relativa de mRNA de ESR1, PGR, PCK1, GCGR, KRT15, ​​CLDN17 e ZO-1 no chip da vagina antes (D0) e após a diferenciação no dia 10 na presença ou ausência de 0,4 nM (azul) ou 4 nM (verde) β-estradiol (D10). Crédito: microbioma (2022). DOI: 10.1186/s40168-022-01400-1

O microbioma humano tem sido um tema quente na última década, com pesquisas apontando comunidades bacterianas desorganizadas como culpadas por uma série de doenças, incluindo síndrome do intestino irritável, eczema e doenças autoimunes. A maioria dos estudos se concentrou no microbioma dentro do intestino humano, mas há um crescente reconhecimento de que outra comunidade bacteriana frequentemente ignorada merece igual atenção – a encontrada na vagina.

As interrupções do microbioma vaginal causam vaginose bacteriana (BV), que aflige quase 30% das mulheres em idade reprodutiva em todo o mundo e custa cerca de US$ 4,8 bilhões para tratar anualmente. A VB dobra o risco de muitas infecções sexualmente transmissíveis, incluindo o HIV, e aumenta o risco de parto prematuro em mulheres grávidas, que é a segunda principal causa de morte em recém-nascidos. A VB é atualmente tratada com antibióticos, mas muitas vezes é recorrente e pode levar a complicações mais graves, incluindo doença inflamatória pélvica e até infertilidade.

Assim como os probióticos estão sendo prescritos para tratar problemas intestinais, os bioterapêuticos vivos estão sendo explorados para o tratamento da VB. No entanto, é difícil conduzir ensaios pré-clínicos porque o microbioma vaginal humano é dramaticamente diferente daquele de modelos animais comuns. Estudos descobriram que as bactérias Lactobacilli compreendem mais de 70% do microbioma vaginal humano saudável, mas menos de 1% do microbioma vaginal em outros mamíferos.

Pesquisadores do Instituto Wyss da Universidade de Harvard criaram uma solução para esse problema na forma de um novo Organ Chip que replica o microambiente do tecido vaginal humano, incluindo seu microbioma in vitro. Composta de epitélio vaginal humano e células do tecido conjuntivoo Vagina Chip replica muitas das características fisiológicas do vagina e pode ser inoculado com diferentes cepas de bactérias para estudar seus efeitos na saúde do órgão. o lasca é descrito em um novo artigo publicado na microbioma.

Modelando o microbioma vaginal

O Vagina Chip foi desenvolvido com a ajuda da Fundação Bill e Melinda Gates, que visava criar um tratamento bioterapêutico para a vaginose bacteriana e movê-lo para o ensaios clínicos humanos para diminuir infecções do trato reprodutivo, complicações pré-natais e taxas de mortalidade infantil. particularmente em nações com poucos recursos.

“Um grande obstáculo para esse esforço foi que não havia bons modelos pré-clínicos que pudessem ser usados ​​para estudar quais terapias podem realmente tratar a BV em tecidos humanos. O projeto de nossa equipe era criar um chip de vagina humana para auxiliar no desenvolvimento e teste de novas terapias para BV”, disse o co-autor Aakanksha Gulati, Ph.D., pesquisador de pós-doutorado no Wyss Institute.

Usando a plataforma Microfluidic Organ Chip desenvolvida no Wyss Institute e posteriormente licenciada para Emulate, a equipe semeou o canal superior de um chip de polímero com células epiteliais vaginais humanas. Eles então adicionaram células fibroblásticas uterinas humanas ao lado oposto da membrana permeável que separa os canais superior e inferior. Este arranjo 3D replicou a estrutura da parede vaginal humana.

Após cinco dias, o Vagina Chip desenvolveu várias camadas distintas de células diferenciadas que correspondiam às encontradas no tecido vaginal humano. Quando os cientistas introduziram o hormônio sexual feminino estradiol (uma forma de estrogênio) no Vagina Chip, os padrões de expressão gênica dos chips mudaram em resposta, indicando que era sensível aos hormônios – outra característica crítica para a replicação de órgãos reprodutivos humanos in vitro.

Armado com um modelo vivo da vagina humana, a equipe passou a estudar o microbioma vaginal. Pesquisas recentes mostraram que os microbiomas vaginais humanos saudáveis ​​geralmente contêm várias cepas da bactéria Lactobacillus, então eles trabalharam com o Dr. Jacques Ravel, Ph.D. e sua equipe na Escola de Medicina da Universidade de Maryland, que criaram três consórcios diferentes, cada um contendo várias cepas de L. crispatus. Quando eles introduziram esses consórcios no chip da vagina, todos os três colonizaram com sucesso os chips após três dias. Os consórcios também começaram a produzir ácido láticoque ajuda a manter o baixo pH da vagina e inibe o crescimento de outros micróbios.

Além de ajudar a manter um ambiente ácido, a presença da bactéria L. crispatus também afetou as respostas imunes inatas do Vagina Chip. Chips com consórcios bacterianos produziram níveis mais baixos de várias moléculas de citocinas causadoras de inflamação do que chips sem bactérias, o que é consistente com a teoria atual de que esses micróbios “bons” ajudam a manter a inflamação sob controle em vaginas humanas saudáveis.

Inquilinos bacterianos ruins, em um chip

Tendo criado um chip de vagina saudável com residentes bacterianos ideais, a equipe conduziu um novo experimento no qual inocularam chips com diferentes espécies de bactérias associadas à BV: Gardnerella vaginalis, Prevotella bivia e Atopobium vaginae. Um consórcio desses três micróbios “ruins” fez com que o pH dos chips aumentasse, danificando as células epiteliais vaginais e aumentando significativamente a produção de múltiplas citocinas pró-inflamatórias – todas as respostas semelhantes às observadas em pacientes humanos com VB.

“Foi muito impressionante que as diferentes espécies microbianas produzissem efeitos tão opostos nas células vaginais humanas, e fomos capazes de observar e medir esses efeitos com bastante facilidade usando nosso Vagina Chip”, disse o co-autor Abidemi Junaid, Ph.D., um cientista de pesquisa no Wyss Institute. “O sucesso desses estudos demonstra que esse modelo pode ser usado para testar diferentes combinações de micróbios para ajudar a identificar os melhores tratamentos probióticos para BV e outras condições”.

A equipe agora está usando o Vagina Chip para testar tratamentos novos e existentes para BV para identificar terapias eficazes que podem ser avançadas em ensaios clínicos. Eles também estão trabalhando na integração de células imunológicas no chip para estudar como o microbioma vaginal pode impulsionar as respostas do sistema imunológico sistêmico.

“Há um reconhecimento crescente de que cuidar da saúde da mulher é fundamental para a saúde de todos os seres humanos, mas a criação de ferramentas para estudar a fisiologia feminina humana está atrasada”, disse o autor sênior Don Ingber, MD, Ph.D., que é o Diretor Fundador do Wyss Institute.

“Esperamos que este novo modelo pré-clínico impulsione o desenvolvimento de novos tratamentos para a vaginose bacteriana, bem como uma nova visão sobre a saúde reprodutiva feminina”. Ingber também é o professor Judah Folkman de biologia vascular na Harvard Medical School e no Boston Children’s Hospital e o professor Hansjörg Wyss de engenharia bioinspirada na Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences.