שבבי איברי צוואר הרחם סוללים את הדרך למחקרים מהדור הבא על אינטראקציות מארח-מיקרוביום

במחקר שפורסם לאחרונה ב תקשורת טבעקבוצת חוקרים פיתחה שבבי איבר צוואר הרחם אנושיים למודל של ממשק צוואר הרחם.

שבבים אלו מאפשרים לחקור את ייצור הריר, היענות הורמונים ואינטראקציות מארח-מיקרוביום כדי לקדם טיפולים בבריאות האישה.

לימוד: ייצור ריר, אינטראקציות מארח-מיקרוביום, רגישות להורמונים ותגובות חיסוניות מולדות במודל של שבבי צוואר הרחם האנושיים. קרדיט תמונה: luchschenF/Shutterstock.com

רקע כללי

אצל רוב הנשים, הבריאות האופטימלית של מערכת הרבייה התחתונה נשמרת על ידי מיקרוביום צוואר הרחם-נרתיק יציב הנשלט על ידי Lactobacillus crispatus (L. crispatus).

דיסביוזה, כגון וגינוזיס חיידקי (BV), משבשת את האיזון הזה, ומגבירה חיידקים פתוגניים כמו Gardnerella vaginalis ומצטמצם ל. קריספטוס. BV משפיע על מעל 25% של נשים בגיל הפוריות ברחבי העולם ומוביל לבעיות בריאותיות משמעותיות.

לאפשרויות הטיפוליות הקיימות יש שיעורי כישלון גבוהים ודיסביוזה חוזרת. דרוש מחקר נוסף כדי לפתח טיפולים ואסטרטגיות מניעה אפקטיביות יותר עבור BV ובעיות בריאות פוריות אחרות על ידי הבנה טובה יותר של האינטראקציות המורכבות בין ריר צוואר הרחם, מיקרוביום והשפעות הורמונליות.

לגבי המחקר

במחקר הנוכחי, כל השיטות אושרו על ידי מועצת הביקורת המוסדית של מכון Wyss באוניברסיטת הרווארד (פרוטוקול IRB22632) ו-Mas General Brigham (פרוטוקול 2015P001859). הסכמה מדעת לא התקבלה מכיוון שזוהו דגימות, ולא ניתן פיצוי.

מודל Cervix Chip נוצר באמצעות שבב איבר מיקרופלואידי (Emulate, CHIP-S1TM) עם שני מיקרו-ערוצים מקבילים המופרדים על ידי קרום נקבובי. הממברנה עברה פונקציונליות כימית ומצופה בקולגן IV ותערובת של קולגן I ופיברונקטין. תאי אפיתל צווארי צווארי ראשוני (CE) ותאי פיברובלסט בודדו והורחבו במדיה ספציפית.

פיברובלסטים ראשוניים של צוואר הרחם נזרעו בצד הבסיסי של הממברנה, ולאחר מכן זריעה של תאי CE ראשוניים בצד האפיקי.

השבבים הודגרו בתנאים סטטיים למשך הלילה ולאחר מכן חוברו למודול תרבות לזילוף בינוני מבוקר. משטרי זרימה שונים שימשו כדי לקדם בידול אפיתל ולחקות את המיקרו-סביבה החומצית של צוואר הרחם.

תרביות Transwell® עם אותם סוגי תאים נוצרו לשם השוואה. מיקרוסקופיה אימונופלואורסצנטית, מדידות תפקוד מחסום אפיתל, הדמיית ריר חי, איסוף ריר, ניתוח ביטוי גנים, ניתוחים גליקומיים ופרוטאומיים וניסויים בתרבית משותפת של חיידקים נערכו כדי להעריך את הפונקציונליות של צוואר הרחם

שבבים ולימוד אינטראקציות מארח-מיקרוביום. ניתוחים סטטיסטיים בוצעו בשיטות מתאימות.

תוצאות המחקר

מודלים של שבבי איברים של רירית צוואר הרחם האנושית פותחו באמצעות שבב מיקרופלואידי זמין מסחרית (Emulate Inc., Boston MA), המורכב משני מיקרו-ערוצים המופרדים על ידי קרום דק ונקבובי. תאי CE אנושיים ראשוניים תורבו על המשטח העליון של הממברנה כדי ליצור מחדש את ממשק ה-CE-stromal, בעוד שפיברובלסטים סטרומליים צוואריים ראשוניים תורבו על פני השטח התחתונים.

תאי CE אלה הכילו אוכלוסייה מעורבת של תאים אנדו-ואקטו-צוואריים, כפי שאופיין במחקרים קודמים.

רמזים מכניים רלוונטיים, כגון עיוותים מחזוריים וזרימת נוזלים, היו חיוניים לשכפול הפיזיולוגיה והפתופיזיולוגיה ברמת האיברים. לאור הייצור והפינוי המתמשכים של ריר בצוואר הרחם האנושי, שני משטרי זרימה שונים – זלוף מתמשך וזלוף לסירוגין – נבדקו על השבב.

לאחר חמישה ימים של הרחבת תאים, המדיום האפיקלי הוחלף בתמיסת מלח מותאמת אישית של Hank's Buffer Saline (HBSS) כדי לדמות את ה-pH מעט חומצי של צוואר הרחם, בעוד שמדיום הגידול הסטרומלי הוחלף במדיום בידול המכיל אסטרדיול-17β (E2).

בידול זה נמשך במשך שבעה ימים נוספים, ולאחר מכן חיסון עם קונסורציית חיידקים כדי לחקור אינטראקציות מארח-מיקרוביום.

גם תאי אפיתל וגם תאי סטרומה יצרו מונו-שכבות מתכנסות תוך יום, כאשר הצטברות ריר נצפתה מעל האפיתל. ייצור הריר אושר על ידי צביעה עם לקטין נבט חיטה שכותרתו פלואורסצנטית (WGA) ומיקרוסקופיה אימונופלואורסצנטית, המראה את נוכחותו של חלבון ריר Mucin (MUC) 5B.

צביעה היסטולוגית של חתכים קפואים גילתה כי זרימה מתמשכת הביאה לאפיתל שכבות המזכיר את צוואר הרחם, בעוד שזרימה תקופתית יצרה פחות שכבות עם צורות תאים משתנות.

הצטברות ריר, שנכמתה באמצעות מבחן Alcian Blue, הראתה עלייה משמעותית לאחר שבעה ימים של התמיינות בשני תנאי הזרימה. ניתוח ביטוי גנים הדגים את הוויסות המוגבר של הגנים MUC5B, MUC4 ו- Secretory Leukocyte Protease Inhibitor (SLPI) בתנאים אלה.

רירית צוואר הרחם על-שבב שמרה על מחסום רקמה יציב עם התנגדות חשמלית גבוהה, גדולה משמעותית מאשר בהחדרות סטטיות של Transwell.

המצב החיסוני המולד של צ'יפס צוואר הרחם נותח על ידי כימות רמות הציטוקינים, וחשף הפחתה בציטוקינים פרו-דלקתיים Interleukin (IL)-1α, IL-1β ו-IL-6, כאשר זרימה מתמשכת מפחיתה גם את IL-8 ונמק הגידול. רמות פקטור-אלפא (TNF-α).

אנליזה של חומצה ריבונוקלאית (RNA)-seq הראתה שזרימה מתמשכת הגבירה גנים הקשורים לפנוטיפ אקטו-צווארי, בעוד שזרימה תקופתית הגבירה גנים הקשורים לתאי אפיתל אנדו-צורביים.

ההרכב הביוכימי של הריר אופיינו באמצעות ניתוח גליקומי, שחשף מבנים מגוונים של O-ו-N-glycan, עם הבדלים שנצפו בין תנאי זרימה רציפה לתקופת זמן.

מסקנות

מחקר זה מציג מודלים פרה-קליניים של צ'יפ צוואר הרחם אנושיים המשכפלים את רירית האנדו-ואקטו-צוואר הרחם ואת התגובות שלהם להשפעות סביבתיות, הורמונליות ומיקרוביום.

השבב המיקרו-נוזלי הדו-ערוצי יוצר רירית צוואר הרחם האנושית במבחנה, מראה אפיתל מייצר ריר עם מחסום הדוק. תנאי זרימה דינמיים אלה משפיעים באופן משמעותי על התמיינות אפיתל, הרכב ריר ותגובות חיסוניות, ומציעים תובנות חדשות לגבי בריאות הרבייה.