ヒト膣チップにおける健康および嚥下障害の膣微小環境のモデリング

酸性微小環境の維持に役立つ乳酸桿菌属が優勢な膣内細菌叢は、女性のリプロダクティブヘルスの維持に重要な役割を果たしています¹。ただし、マイクロバイオームを構成する微生物群集の構成が変化し、膣内細菌の多様性が増加する場合があります。これらの嚥下障害の変化は、乳酸桿菌が優勢な状態から、より多様な嫌気性細菌種(ガードネレラ膣など)が優勢な状態への切り替えをもたらすことが多く、細菌性膣炎、萎縮性膣炎、尿路感染症、外陰膣カンジダ症、尿道炎、絨毛膜羊膜炎などの生殖器系のさまざまな疾患に関連しています2,3,4,5 .これらの疾患は、次に、女性が性感染症や骨盤内炎症性疾患にかかる可能性を高めます6,7,8,9。また、妊婦の早産や流産のリスクも高く、^10,11,12 不妊症にも関与しています 13,14,15,16。

静的な2次元(2D)培養系^17,18で培養された膣上皮細胞を用いて膣内細菌叢異常をモデル化する努力がなされてきたが、それらは膣微小環境¹⁹の生理学および複雑さを効果的に模倣していない。動物モデルは、膣の嚥下障害の研究にも使用されています。しかし、それらの月経期と宿主とマイクロバイオームの相互作用はヒトのそれとは大きく異なるため、これらの研究の結果の生理学的関連性は不明のままです19,20,21。これらの問題に対処するために、ヒト膣組織のオルガノイドおよびトランズウェルインサートモデルも、FRTにおける宿主と病原体の相互作用を研究するために使用されています19,22,23,24。しかし、これらは静的培養であるため、ヒト細胞と生きた微生物との共培養を短時間(<16〜24時間)しかサポートできず、粘液産生や体液流など、ヒト膣微小環境の他の多くの潜在的に重要な物理的特徴が欠けています²²。

臓器チップは、動的な流体流下で培養された生細胞によって裏打ちされた1つ以上の平行な中空マイクロチャネルを含む3次元(3D)マイクロ流体培養システムです。2チャンネルチップは、2つの平行なチャネルを分離する多孔質膜の反対側で異なる細胞タイプ(上皮と間質線維芽細胞、上皮と血管内皮など)を培養することにより、臓器レベルの組織間界面の再現を可能にします(図1)。両方の組織は独立して流体流にさらされることができ、複雑なマイクロバイオ^ームとの共培養を可能にする微好気性条件を経験することもできます^25,26,27,28。このアプローチは最近、ホルモン感受性の原発性膣上皮が下にある間質線維芽細胞とインターフェースで裏打ちされたヒト膣チップを開発するために活用され、上皮内腔の生理学的酸素濃度を低く維持し、in vitroで少なくとも3日間、健康な微生物叢と細菌叢の異なる微生物叢との共培養を可能にします²⁹。Vagina Chipを使用して、最適な(健康な)L. crispatusコンソーシアムによるコロニー形成を研究し、コンソーシアムを含む最適でない(健康でない)G. vaginalisによって引き起こされる炎症と損傷を検出できることが実証されました。ここでは、ヒト膣チップの作成方法と、チップ上に健康で細菌叢異常の細菌群集を確立するために使用される方法について詳しく説明します。