晶片模擬陰道環境?

過去十年來,人體中的微生物群一直是很熱門的話題。細菌群失衡是許多疾病的根源。但是,大部分的研究集中在腸道的微生物,女性陰道菌群時常被忽略。

 

陰道菌群失衡會導致細菌性陰道炎,這種病折磨著全球近30%育齡女性,每年的治療費用約為48億美元。還可能增加孕婦早產的風險,而早產是新生兒死亡的第二大原因。罹患細菌性陰道炎的女性,罹患性病的風險也較高,包括愛滋病。

 

目前治療細菌性陰道炎主要使用抗生素,但卻經常復發,還可能引起更嚴重的併發症,包括盆腔炎,甚至不孕症。因此,研發更有效的治療方法非常重要。

 

什麼是陰道晶片?

正如益生菌是腸道問題的解方,現在也在探討以活菌生醫製品來治療細菌性陰道炎。但進行臨床前的動物實驗很困難,因為人類陰道菌群和一般動物的樣貌有很大差異。例如,乳酸桿菌在健康人體的陰道微生物菌種中佔了超過70%,而其他哺乳類動物則低於1%。

 

因此,哈佛大學研究人員創造了一個解決方法,以晶片複製人類陰道組織的微生物環境。「陰道晶片」由人類陰道上皮細胞和結締組織細胞組成,它複製了陰道的生理特徵,也可接種不同系列的細菌,相當於人類陰道組織,來進行研究。

在陰道晶片上 植生好的菌種

當科學家將雌激素置入陰道晶片時,晶片上的基因表現隨之應變,顯示對荷爾蒙有反應──這是在體外複製人類生殖器官的一個關鍵特徵。

 

有了人類陰道的活體模型,研究人員接著探討陰道的微生物菌種。研究人員將陰道常見的三種捲曲乳桿菌(L. crispatus)菌株以不同組合加入陰道晶片。3天之後,這三種菌落都成功地在晶片上定居,也開始產生乳酸,協助維持陰道的低pH值,且抑制其他微生物的生長。

 

不只是協助維持酸性環境,捲曲乳酸桿菌的存在也影響了陰道晶片的先天免疫反應。和目前理論一致:好的微生物維護健康人類器官,控制發炎。

 

在陰道晶片上 植生不好的菌種

創造了一個有好細菌定居的健康陰道晶片之後,研究團隊進行了另一個新的實驗。

 

他們將三個「壞」微生物菌種加入晶片:陰道加德納菌屬(Gardnerella vaginalis)、普雷沃氏菌屬(Prevotella bivia)和陰道奇異菌屬(Atopobium vaginae)。結果顯示,晶片ph值上升、陰道的上皮組織細胞受到傷害,且發炎的物質大量增加。所有的反應皆相似於人類細菌性陰道炎患者的症狀。

 

陰道晶片試驗 替代動物試驗 

研究顯示陰道晶片可以用來測試不同菌種組合對於陰道的影響。換句話說,陰道晶片可以替代動物進行細菌性陰道炎治療的臨床「前」試驗(pre-clinical trial),以確認最有效的療法。他們也正在整合免疫細胞進入晶片,來探究陰道微生物群如何驅動免疫系統的反應。

 

研究主持人Don Inger博士表示:「婦女的健康對全人類的健康很重要,但是創造工具來研究女性的生理仍然或缺。我們希望這個新的臨床前模型,能夠研發細菌性陰道炎新療法,同時可對女性生殖健康有新的了解。」

 

陰道晶片的研發資金來自於比爾和曼琳達蓋茲基金會,目的在創造細菌性陰道炎的生技醫療,將其移轉至人類的臨床實驗,減少產道感染、產前併發症和嬰兒死亡率,特別在資源匱乏的國家。

 

此論文發表在《微生物菌種》期刊。

 

關於器官晶片

 

 

 

編譯來源:Eurek Alert(2022.11.28)Microbiome(2022.11.6)

 

 

 

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