Mikrofluidinis organų lustas modeliuoja žmogaus gimdos kaklelį, kad užpildytų pagrindinę moterų sveikatos spragą

Mikrofluidinis organų lustas modeliuoja žmogaus gimdos kaklelį, kad užpildytų pagrindinę moterų sveikatos spragą

Seksualinė sveikata

Bakterinė vaginozė (BV) buvo nustatyta kaip vienas iš daugelio nepatenkintų moterų sveikatos poreikių ir ja serga daugiau nei 25 % reprodukcinio amžiaus moterų. Jį sukelia patogeninės bakterijos, kurios išstumia sveikus moters makšties ir gimdos kaklelio mikrobiomas – mažą vartų kanalą, jungiantį gimdą ir makštį – į disbalanso būseną, vadinamą disbioze.

Ši disbiozė sukelia uždegimą, kuris ne tik sukelia didelį diskomfortą, bet ir gali sukelti daugybę komplikacijų, įskaitant didesnę užsikrėtimo ŽIV ir kitomis lytiškai plintančiomis ligomis riziką, didesnį savaiminių abortų ir priešlaikinio gimdymo skaičių, taip pat dubens ir endometriumo uždegiminės ligos.

Iki šiol vieninteliai BV gydymo būdai yra antibiotikai, kurie dažnai nesugeba nužudyti invazinių bakterijų užkrėstoje makštyje ir gimdos kaklelyje. Antibiotikų terapija taip pat neapsaugo nuo šios būklės pasikartojimo daugiau nei 60 % moterų. Nors BV pirmą kartą buvo aprašytas daugiau nei prieš šimtmetį, patogeniniai reiškiniai po pradinės infekcijos išlieka labai menkai suprantami, o tai prisideda prie veiksmingesnių BV gydymo trūkumo.

Dabar, užpildydama svarbią spragą, Harvardo universiteto Wyss biologiškai įkvėptos inžinerijos instituto ir Kalifornijos Deiviso universiteto mokslininkų komanda, vadovaujama Wyss įkūrėjo direktoriaus, medicinos mokslų daktaro Donaldo Ingberio, sukūrė mikrofluidinį žmogų. Sudėtingo gimdos kaklelio audinio, žmogaus gimdos kaklelio ant lusto (Cervix Chip), modelis, kuris įveikia pagrindinius esamų gyvūnų modelių ir statinių in vitro modelių apribojimus.

Turėdamas precedento neturintį tikslumą ir detalumą, „Cervix Chip“ atkartoja sudėtingą sąveiką tarp gimdos kaklelio epitelio ląstelių, jų gaminamo apsauginio gleivių sluoksnio ir sveiko gimdos kaklelio mikrobiomo, taip pat kai jį puola BV sukeliančios bakterijos.

Šios išvados paskelbtos m Gamtos komunikacijos.

Tyrėjai sukūrė gimdos kaklelio sienelės organo lusto modelį, augindami žmogaus gimdos kaklelio epitelio ląsteles viename iš dviejų lygiagrečių kanalų, einančių per USB atmintinės dydžio mikrofluidinį įrenginį, ir augindami gimdos kaklelio fibroblastų ląsteles gretimame kanale.

Kanalai yra atskirti porėta membrana, kuri leidžia dviejų tipų ląstelėms bendrauti panašiai kaip moters kūne. Svarbu tai, kad komanda sugebėjo atkurti dvi pagrindines gimdos kaklelio sienelės dalis, nustatydama alternatyvias srauto sąlygas, naudojamas epitelio kanalui perfuzuoti terpe, kuri davė regionui būdingus mechaninius signalus.

Jų „Cervix Chip“ technologija leido komandai atkartoti gimdos kaklelio gleivių gamybą ir tai, kaip keičiasi gleivių savybės veikiant lytiniams hormonams, taip pat sveikoms ir patogeniškoms mikrobų bendruomenėms.

„Mūsų sukurtas gimdos kaklelio modelis ir jo leidžiamos analizės platumas bei gylis nustato naują tyrimų standartą, kuris gerai atitinka esamus klinikinius stebėjimus, tuo pačiu suteikiant pirmąsias naujas įžvalgas apie gimdos kaklelio funkcionalumą ir pažeidžiamumą“, – sakė pirmasis autorius Zohreh Izadifar, Ph. D., kuris vadovavo projektui kaip Ingber komandos doktorantas, o dabar yra Bostono vaikų ligoninės ir Harvardo medicinos mokyklos (HMS) tyrimų fakulteto narys.

Tyrimo pasiekimai yra svarbus etapas. Tyrėjai nustatė, kad Afrikos moterų labai paplitęs BV yra prioritetinė sritis, nes tai labai padidina priešlaikinio gimdymo ir ŽIV infekcijos riziką žemyne. Siekiant galutinio tikslo rasti skubiai reikalingus BV gydymo būdus, buvo sudarytas mokslinių tyrimų konsorciumas, kuriame dalyvavo Ingber ir vienas iš vyresniųjų autorių Carlito Lebrilla, Ph.D. Kalifornijos Daviso universitete.

„Šiame tyrime pasinaudojome kritinėmis išvadomis, kurias padarėme anksčiau sukurtoje Vagina Chip, kad sukurtume platformą, kuri dabar leidžia mokslininkams rasti atsakymus į papildomus ilgalaikius moterų sveikatos klausimus“, – sakė Ingber. „Gimdos kaklelio lustas gali būti naudojamas kartu su makšties lustu, siekiant įvertinti galimų naujų gydymo būdų, naudojamų gyvų bioterapinių produktų, kuriuos kiti mūsų … konsorciumo nariai kuria BV gydymui, veiksmingumą. Mes taip pat tikimės, kad lustą panaudosime gydyti nustatyti naujus kitų moterų reprodukcinio trakto infekcinių ligų gydymo būdus.

Žmogaus gimdos kaklelis, sukurtas naudojant mikroskysčių organų lustą, užpildo pagrindinę moterų sveikatos spragą

Moters gimdos kaklelis didelės skiriamosios gebos

Gimdos kaklelio kanalą sudaro dvi atskiros dalys: apatinis gimdos kaklelio kanalas, žinomas kaip ektocervix, vedantis į makštį, ir viršutinis gimdos kaklelio kanalas, vadinamas endocervix, kuris jungiasi su gimda. Endokerviksas gamina daugiausiai gleivių apatiniame moterų reprodukciniame trakte, periodiškai jas išskirdamas, kol tęsis tolygesniu srautu per gimdos kaklelį ir makštį, kurie abu gamina mažiau papildomų gleivių.

Atsižvelgdama į šią fiziologiją, komanda nustatė, kad tik periodiškai veikiant gimdos kaklelio mikroschemą skysčiui, susidaro plonas vienasluoksnis epitelis, būdingas endocervix, o nuolat veikiant skysčiui, susidaro storas, panašus į ektocervix daugiasluoksnį epitelį. Ant lusto abu gimdos kaklelio epiteliai parodė tipiškus genų ekspresijos modelius.

Gleivės yra sudėtinga medžiaga, susidedanti iš mucino baltymų, kuriuos puošia labai išsišakojusios įvairių cukraus molekulių gumelės. Komandos bendradarbis Lebrilla yra analitinės chemijos ir cukraus biologijos ekspertas, o jo komanda atliko nuodugnią „glikomikos“ analizę apie cukrų, sudarančių gleives, susidarančias gimdos kaklelio mikroschemoje skirtingomis sąlygomis. Šios bendros pastangos leido tyrėjams patvirtinti, kad gleivių cukraus struktūra labai panaši į tas, kurios randamos mėginiuose, paimtuose iš moterų.

Svarbu tai, kad modeliuojamas gimdos kaklelis reagavo į lytinių hormonų koncentracijas, būdingas menstruacinio ciklo folikulinei fazei, padidindamas susidarančių gleivių storį, vandens kiekį ir pakeisdamas cukraus išdėstymą, palyginti su liuteino hormono sąlygomis. Jis taip pat sukėlė stipresnį uždegiminį atsaką ir šiek tiek sumažino apsaugines barjerines funkcijas folikulų fazėje.

„Visos šios išvados tiksliai atspindi gimdos kaklelio fiziologiją, aprašytą klinikiniuose stebėjimuose”, – sakė Izadifaras.

BV studijavimas gimdos kaklelio mikroschemoje

Vystantis BV, agresyvios patogeninės bakterijos migruoja iš makšties per gimdos kaklelio kanalą iki gimdos kaklelio, kuris, gamindamas gleives ir imunomoduliuojančius gebėjimus, paprastai veikia kaip sargybinis nuo infekcijų. Kai jie perima vietines naudingų bakterijų bendruomenes, atsiranda disbiozė. Patologinės šios invazijos pasekmės yra glaudžiai susijusios su apsauginio gleivių sluoksnio pokyčiais ir patogeninių bakterijų patekimu į pagrindinį epitelį.

Siekdami imituoti sveikas ir patologines gimdos kaklelio lusto mikrobų sąlygas, tyrėjai pirmiausia jį apgyvendino Lactobacillus crispatus bakterijomis, kurios dominuoja sveikuose gimdos kaklelio mikrobiomuose. L. crispatus bakterijos paskatino gleivių sluoksnį sutirštėti ir pagerinti jo kokybę, tuo pačiu palikdamos pagrindinį epitelį visiškai nepažeistą per tris kokultūros dienas. Be to, jų buvimas paskatino baltymų ekspresiją gimdos kaklelio epitelio ląstelėse, kurios yra susijusios su normalia jų diferenciacija ir apsauga nuo patogenų.

Vietoj to, kai jie apgyvendino gimdos kaklelio lustą su Gardnerella vaginalis bakterijomis, kurios sukelia disbiozę, epitelio barjerinės funkcijos buvo labai pažeistos. Be to, žymiai padidėjo baltymų, susijusių su patogeniniais procesais, įskaitant uždegimą, ekspresija.

„Įdomu tai, kad nustatėme specifines gleivių struktūrines ir cukraus modifikacijas, kurios galėtų padėti paaiškinti gleivių kokybės pablogėjimą, susijusį su BV, ir netiesiogiai gali turėti įtakos tolesniems patologiniams procesams“, – sakė Izadifaras. „Ateityje mūsų požiūris į moters gimdos kaklelio atkūrimą iš apačios į viršų ir jo in vivo panašus reagavimas leis mums išsamiai ištirti skirtingų gimdos kaklelio audinių ir mikrobų komponentų svarbą įvairioms patologijoms.”

Papildomi tyrimo autoriai yra Justin Cotton, Siyu Chen, Viktor Horvath, Anna Stejskalova, Aakanksha Gulati, Nina LoGrande, Bogdan Budnik, Sanjid Shahriar, Erin Doherty, Yixuan Xie, Tania To, Sarah Gilpin, Adama Sesay ir Girja Goyal.