Le microbiome humain a été un sujet brûlant au cours de la dernière décennie, les recherches indiquant que les communautés bactériennes perturbées sont responsables d’une multitude de maladies, notamment le syndrome du côlon irritable, l’eczéma et les maladies auto-immunes. La plupart des études se sont concentrées sur le microbiome dans l’intestin humain, mais il est de plus en plus reconnu qu’une autre communauté bactérienne souvent ignorée mérite une attention égale – celle trouvée dans le vagin.
Les perturbations du microbiome vaginal provoquent une vaginose bactérienne (VB), qui touche près de 30 % des femmes en âge de procréer dans le monde et dont le traitement coûte environ 4,8 milliards de dollars par an. La VB double le risque de nombreuses infections sexuellement transmissibles, y compris le VIH, et augmente le risque d’accouchement prématuré chez les femmes enceintes, qui est la deuxième cause de décès chez les nouveau-nés. La VB est actuellement traitée avec des antibiotiques, mais elle réapparaît souvent et peut entraîner des complications plus graves, notamment une maladie inflammatoire pelvienne et même l’infertilité.
Tout comme les probiotiques sont maintenant prescrits pour traiter les problèmes intestinaux, des biothérapies vivantes sont explorées pour le traitement de la VB. Cependant, il est difficile de mener des essais précliniques car le microbiome vaginal humain est radicalement différent de celui des modèles animaux courants. Des études ont trouvé que Lactobacilles les bactéries représentent plus de 70 % du microbiome vaginal humain sain, mais moins de 1 % du microbiome vaginal chez les autres mammifères.
Des chercheurs de l’Institut Wyss de l’Université de Harvard ont créé une solution à ce problème sous la forme d’une nouvelle puce d’organe qui reproduit le microenvironnement du tissu vaginal humain, y compris son microbiome in vitro. Composé d’épithélium vaginal humain et de cellules de tissu conjonctif sous-jacent, le Vagina Chip reproduit de nombreuses caractéristiques physiologiques du vagin et peut être inoculé avec différentes souches de bactéries pour étudier leurs effets sur la santé de l’organe. La puce est décrite dans un nouvel article publié dans Microbiote.
Modélisation du microbiome vaginal
La puce vaginale a été développée avec un financement de la Fondation Bill et Melinda Gates, qui visait à créer un traitement biothérapeutique pour la VB et à le faire passer dans des essais cliniques humains pour réduire les infections de l’appareil reproducteur, les complications prénatales et les taux de mortalité infantile. en particulier dans les pays à faibles ressources.
Une pierre d’achoppement majeure pour cet effort était qu’il n’y avait pas de bons modèles précliniques qui pourraient être utilisés pour étudier quelles thérapies peuvent réellement traiter la VB dans les tissus humains. Le projet de notre équipe était de créer une puce vaginale humaine pour aider au développement et aux tests de nouvelles thérapies pour la VB. »
Aakanksha Gulati, Ph.D., co-auteur, chercheur postdoctoral, Wyss Institute
À l’aide de la plateforme microfluidique Organ Chip développée à l’Institut Wyss et ensuite autorisée à Emulate, l’équipe a ensemencé le canal supérieur d’une puce polymère avec des cellules épithéliales vaginales humaines. Ils ont ensuite ajouté des cellules de fibroblastes utérins humains sur le côté opposé de la membrane perméable séparant les canaux supérieur et inférieur. Cet arrangement 3D reproduisait la structure de la paroi vaginale humaine.
Après cinq jours, la puce vaginale avait développé plusieurs couches distinctes de cellules différenciées qui correspondaient à celles trouvées dans les tissus vaginaux humains. Lorsque les scientifiques ont introduit l’œstradiol, une hormone sexuelle féminine (une forme d’œstrogène) dans la puce vaginale, les modèles d’expression génique des puces ont changé en réponse, indiquant qu’elle était sensible aux hormones – une autre caractéristique essentielle pour la réplication des organes reproducteurs humains. in vitro.
Armée d’un modèle vivant du vagin humain, l’équipe s’est ensuite tournée vers l’étude du microbiome vaginal. Des recherches récentes ont montré que les microbiomes vaginaux humains sains contiennent généralement plusieurs souches de Lactobacille bactéries, ils ont donc travaillé avec le Dr Jacques Ravel, Ph.D. et son équipe de la faculté de médecine de l’Université du Maryland, qui avaient créé trois consortiums différents contenant chacun plusieurs souches de L. crispatus. Lorsqu’ils ont introduit ces consortiums dans le Vagina Chip, tous les trois ont réussi à coloniser les puces au bout de trois jours. Les consortiums ont également commencé à produire de l’acide lactique, qui aide à maintenir le pH bas du vagin et inhibe la croissance d’autres microbes.
Au-delà de l’aide au maintien d’un environnement acide, la présence de L. crispatus les bactéries ont également affecté les réponses immunitaires innées de Vagina Chip. Les puces avec des consortiums bactériens ont produit des niveaux inférieurs de plusieurs molécules de cytokines inflammatoires que les puces sans les bactéries, ce qui est cohérent avec la théorie actuelle selon laquelle ces « bons » microbes aident à contrôler l’inflammation dans les vagins humains sains.
Mauvais locataires bactériens, sur une puce
Après avoir créé une puce vaginale saine avec des résidents bactériens optimaux, l’équipe a ensuite mené une nouvelle expérience dans laquelle ils ont inoculé des puces avec différentes espèces de bactéries associées à la VB : Gardnerella vaginalis, Bivia de Prevotellaet Atopobium vaginae. Un consortium de ces trois « mauvais » microbes a provoqué l’augmentation du pH des puces, endommageant les cellules épithéliales vaginales et augmentant considérablement la production de multiples cytokines pro-inflammatoires – toutes des réponses similaires à celles observées chez les patients humains atteints de VB.
« Il était très frappant que les différentes espèces microbiennes produisent des effets aussi opposés sur les cellules vaginales humaines, et nous avons pu observer et mesurer ces effets assez facilement à l’aide de notre puce vaginale », a déclaré le co-auteur Abidemi Junaid, Ph.D., chercheur à l’Institut Wyss. « Le succès de ces études démontre que ce modèle peut être utilisé pour tester différentes combinaisons de microbes afin d’aider à identifier les meilleurs traitements probiotiques pour la VB et d’autres conditions. »
L’équipe utilise maintenant la puce vaginale pour tester des traitements nouveaux et existants pour la VB afin d’identifier des thérapies efficaces qui peuvent être avancées dans des essais cliniques. Ils travaillent également sur l’intégration de cellules immunitaires dans la puce pour étudier comment le microbiome vaginal pourrait entraîner des réponses systémiques du système immunitaire.
« Il est de plus en plus reconnu que prendre soin de la santé des femmes est essentiel pour la santé de tous les humains, mais la création d’outils pour étudier la physiologie féminine humaine est à la traîne », a déclaré l’auteur principal Don Ingber, MD, Ph.D., qui est le Directeur fondateur de l’Institut Wyss. « Nous espérons que ce nouveau modèle préclinique conduira au développement de nouveaux traitements pour la VB ainsi qu’à de nouvelles connaissances sur la santé reproductive des femmes. » Ingber est aussi le Judah Folkman Professeur de biologie vasculaire à la Harvard Medical School et au Boston Children’s Hospital et au Hansjörg Wyss Professeur d’ingénierie bioinspirée à la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences.
Parmi les autres auteurs de l’article figurent Tania To, Nina LoGrande, Zohreh Izadifar, Sanjay Timilsina, Viktor Horvath et Girija Goyal du Wyss Institute ; les anciens membres du Wyss Institute Erin Doherty, Arlene Sutherland, Jennifer Grant, Roberto Plebani, Rachelle Prantil-Baun et le premier auteur Gautam Mahajan ; Michael France et Jacques Ravel de l’École de médecine de l’Université du Maryland ; Indriati Hood-Pishchany et Seth Rakoff-Nahoum du Boston Children’s Hospital et de la Harvard Medical School ; et Douglas Kwon du Massachusetts General Hospital.
Ce travail a été soutenu par la Fondation Bill et Melinda Gates et le Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de l’Université de Harvard.
