זיהומים המועברים במגע מיני (STIs) לא רק משפיעים על בריאותו של אדם אלא גם מביאים להפסדים כלכליים של מיליארדי דולרים ברחבי העולם. כדי לחקור את המחלות הללו, צוות חוקרים פיתח את המודל הראשון מסוגו בעל יכולת חיסונית "איבר-על-שבב" שמשחזר באופן מציאותי את סביבת צוואר הרחם האנושית, המאפשר למדענים לחקור כיצד המיקרוביום, המערכת החיסונית וה-STI מקיימים אינטראקציה – דבר שלא היה אפשרי בעבר עם תרביות תאים מופשטות מדי או בעלי חיים. מדענים מבית הספר לרפואה של אוניברסיטת מרילנד (UMSOM) ומבית הספר לרפואת שיניים (UMSOD), אוניברסיטת דלאוור ואוניברסיטת וירג'יניה פרסמו את המחקר בכתב העת התקדמות המדע.
כלמידיה וזיבה מייצגות חלק ניכר מהנטל של STI, עם עלויות רפואיות ישירות המוערכות בכמיליארד דולר בשנה בארצות הברית לבדה, המונעת מהשכיחות הגבוהה והסיבוכים הנלווים להן. ברחבי העולם, ארגון הבריאות העולמי (WHO) מדווח על כמעט מיליון זיהומים חדשים של STIs כל יום בקרב אנשים בגילאי 15 עד 49, כולל 129 מיליון מקרי כלמידיה חדשים מדי שנה. מעבר להשפעה הכלכלית שלהן, כלמידיה וזיבה עלולות להוביל לסיבוכים חמורים בבריאות האישה, כולל מחלות דלקתיות באגן, אי פוריות ותוצאות הריון שליליות כמו לידה מוקדמת.
המודל החדש הזה יחולל מהפכה באופן שבו מדענים חוקרים STIs, שיוביל להבנה משופרת של מצבים אלה, כמו גם את הפוטנציאל לטיפולים טובים יותר. החלק העוצמתי הנוסף במחקר זה היה שיתוף הפעולה הבין-תחומי שלו במחקר. על ידי שילוב הנדסה, מיקרוביולוגיה, אימונולוגיה ומדע המיקרוביום, הצלחנו לבנות מודל המשקף באופן הדוק יותר את הביולוגיה האנושית ואת המורכבות של המיקרו-סביבה הצווארית".
ז'אק רוול, דוקטורט, מחבר מוביל משותף, מנהל המרכז לחקר וחדשנות מיקרוביום (CAMRI) בתוך המכון למדעי הגנום של UMSOM (IGS); פרופסור ג'ון ל. ווייטהרסט לרפואה, מיקרוביולוגיה ואימונולוגיה ועוזר דיקן לקידום מחקר ב-UMSOM
מודל איבר-על-שבב, המכונה מדעית "מערכת מיקרופיזיולוגית", מדמה את צוואר הרחם האנושי באמצעות תאי אפיתל צוואר הרחם, תאי רקמה תומכים, תאי חיסון, זרימת נוזלים ומיקרוביום הנפוצים בנרתיק. הדגם מורכב מממברנה נקבובית עם שכבות בתאי צוואר הרחם אנושיים בצד אחד ותאים תומכים בצד השני. נוזלים זורמים על פני שני הצדדים, מחקים תנאים פיזיולוגיים. כאשר מוסיפים מיקרוביומים ופתוגנים, המודל משכפל היבטים מרכזיים של מה שמתרחש בצוואר הרחם האנושי.
"מטרה מרכזית הייתה לפתח מערכת מודלים מורכבת שהיא גם מעשית וגם נגישה, המאפשרת לחוקרים מחוץ למעבדות הביו-הנדסה לאמץ אותה וליישם אותה כדי לענות על שאלות ביולוגיות חשובות", אמר המחבר הראשי ג'ייסון גלהורן, PhD, פרופסור חבר להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת דלאוור, שהוביל את פיתוח המודל. "הצורך במודל זה היה קריטי במיוחד לחקר המיקרוביום הנרתיק, שלדעתנו ממלא תפקיד חשוב ברגישות למחלות מין."
לאחר פיתוח המודל, צוות החוקרים בדק אותו באמצעות שני זיהומים המועברים במגע מיני: כלמידיה, הנגרמת על ידי כלמידיה טרכומטיס, וזיבה, הנגרמת על ידי Neisseria gonorrhoeae.
"אחד הממצאים המרגשים ביותר היה שבדיוק כמו אצל נשים, מיקרוביום מגן נשלט על ידי לקטובצילוס קריספטוס זיהום מוגבל במודל, מה שמדגיש עוד יותר את התפקיד הקריטי של המיקרוביום הנרתיק בסיכון ל-STI. לעומת זאת, כשהצגנו מיקרוביומים 'לא אופטימליים', הזיהומים החמירו", אמר ד"ר רוול. "המודל הזה מספק כלי חדש ועוצמתי לפיתוח טיפולים מהירים יותר, יעילים ומותאמים אישית, לבדיקת טיפולים חדשים, כמו פרוביוטיקה או ביו-תרפיה חיה כדי להגן בסופו של דבר על נשים מפני זיהומים לפני שהם מתרחשים. בפעם הראשונה, אנחנו יכולים לדמות את מה שקורה בגוף האדם במקום להסתמך רק על מערכות צלחת פטרי או מודלים של בעלי חיים לא מתאימים".
