Sviluppata una vagina artificiale per curare la vaginosi batterica (e non solo)

Lo sviluppo di farmaci richiede un processo molto lungo (anche oltre 10-15 anni) e altamente costoso. Solo un farmaco candidato su dieci (che raggiungono gli studi clinici) viene approvato dalle autorità di regolamentazione. Un grande limite di questo processo è la traducibilità dei modelli animali, utilizzati per determinare se un farmaco è efficace e sicuro, nella clinica: molti test di laboratorio non riescono infatti a prevedere la risposta umana perché i loro corpi e processi biologici non sono identici a quelli degli esseri umani. Per tale motivo si stanno esplorando metodi alternativi, tra cui l'uso di modelli in vitro tridimensionali (3D) come le piattaforme organ-on-a-chip. Questa tecnologia consente ai ricercatori di replicare la funzione di tessuti e organi, colmando il divario tra animali e sistemi umani, e accelerare lo sviluppo dei farmaci.

Su questa scia, i ricercatori del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell'Università di Harvard hanno sviluppato il primo vagina-on-chip, una sorta di vagina articificiale che replica l'organo genitale femminile e il suo microbioma in vitro. L’obiettivo è utilizzarlo come modello preclinico per sviluppare trattamenti contro la vaginosi batterica, una condizione causata da un cambiamento nell'equilibrio dei batteri vaginali, che produce secrezioni grigie e acquose e odore di pesce, e che colpisce quasi il 30% delle donne in età riproduttiva in tutto il mondo. Sino ad oggi la ricerca sul ripristino dell'equilibrio della flora vaginale è stata limitata per la mancanza di modelli preclinici efficaci. Il microbioma vaginale umano è, infatti, radicalmente diverso da quello degli animali. "Il vagina chip - ha affermato la dott.ssa Aakanksha Gulati, coautrice dell'articolo - ha il vantaggio di accelerare in modo significativo lo sviluppo di probiotici o altri integratori per curare questo ed altri disturbi vaginali femminili in quanto ricrea la vagina umana e il suo microambiente". I ricercatori hanno descritto il vagina chip nella rivista Microbiome.

Come è fatto il “vagina chip”

Il vagina chip è un microdispositivo composto da un chip di silicone, delle dimensioni di una memory stick USB, che contiene canali microfluidici cavi (che manipolano una piccola quantità di fluidi): un canale superiore costituito da cellule epiteliali vaginali umane, e un canale inferiore costituito da cellule di fibroblasti uterini umani, separati da una membrana permeabile. Le cellule sono prelevate da donatrici.

Come fa la clitoride a generare l'orgasmo: lo svela uno studio 

I microbi "buoni" preservano la salute della vagina

I ricercatori hanno infuso il mini-organo di ceppi di batteri buoni per ricreare un ambiente "in salute" simile a quello interno alla vagina umana (i microbiomi vaginali umani sani solitamente contengono più ceppi di batteri Lactobacillus). Una volta inseriti, i batteri hanno colonizzato il chip con successo dopo tre giorni, e iniziato a produrre acido lattico, che aiuta a mantenere basso il pH della vagina e a inibire la crescita di altri microbi. Oltre ad aiutare a mantenere un ambiente acido, la presenza di questi batteri ha influenzato anche le risposte immunitarie innate del vagina chip, dimostrando come questi microbi "buoni" aiutano a tenere sotto controllo l'infiammazione nelle vagine umane sane.

"Il microbioma vaginale - ha spiegato il professor Gautam Mahajan, autore dello studio - gioca un ruolo importante nel regolare la salute della vagina e ha un grande impatto anche sulla salute prenatale. Il nostro chip offre una soluzione efficace per studiare le interazioni ospite-microbioma e accelerare lo sviluppo di potenziali trattamenti probiotici".

Come vengono utilizzati i vagina chips

I vagina chips vengono coltivati in un dispositivo automatizzato chiamato Zoë, che può contenere fino a 12 chis. Per esaminare le interazioni ospite-microbioma, i ricercatori iniettano nei chips piu' ceppi di batteri al fine di studiarne gli effetti sulla salute vaginale. “Il chip può ospitare un intero ecosistema di microbi fedele a una vera vagina nelle precise condizioni fisiologiche per tessuti e microbi”, ha sottolineato Abidemi Junaid, coautrice dello studio.

Le donne sono più predisposte alla bisessualità: lo dice la scienza

Il test sui batteri che causano la vaginosi batterica

Per il primo esperimento, il team ha inoculato nei vagina chips diverse specie di batteri associati alla vaginosi batterica: Gardnerella vaginalis, Prevotella bivia e Atopobium vaginae. La comunità costituita da questi tre microbi "cattivi" ha causato l'aumento del pH dei chip, danneggiando le cellule epiteliali vaginali e aumentando significativamente la produzione di molteplici citochine proinfiammatorie, tutte risposte simili a quelle osservate nelle pazienti umani con vaginosi batterica. "È stato molto sorprendente che le diverse specie microbiche abbiano prodotto effetti così opposti sulle cellule vaginali umane, e siamo stati in grado di osservare e misurare questi effetti abbastanza facilmente utilizzando i nostri vagina chips", ha affermato Junaid. "Il successo di questi studi dimostra che questo modello può essere utilizzato per testare diverse combinazioni di microbi per aiutare a identificare i migliori trattamenti probiotici per vaginosi batterica e altre condizioni".

Sviluppi futuri di ricerca

Il vagina chip è stato finanziato dalla Bill e Melinda Gates Foundation con l'obiettivo di individuare potenziali nuovi farmaci, da testare in studi clinici, per la vaginosi batterica. Condizione che raddoppia il rischio di molte infezioni trasmesse sessualmente, incluso l'HIV e l’infezione da papilloma virus umano, e aumenta il rischio di parto pretermine nelle donne in gravidanza (seconda causa di morte nei neonati). "Abbiamo capito quanto la salute riproduttiva delle donne sia sempre stata trascurata - ha sottolineato Donald E. Ingber, bioingegnere di Haravrd -, penso che il nostro chip sia un buon punto di partenza per incoraggiare la ricerca in questo senso. Per esempio, per la vaginosi, dagli anni Ottanta, esistono solo due tipi di antibiotici. Noi puntiamo a trovare nuovi trattamenti".

Non solo vaginosi batterica, il team vorrebbe sfruttare il chip anche per testare nuovi trattamenti per altre malattie femminili, come la candidosi, la clamidia e l'endometriosi. “Anche per la candida - ha sottolineato Caroline Mitchell, ginecologa e membro del Vaginal Microbiome Research Consortium (della Fondazione Gates) - i farmaci sono sempre gli stessi da decenni. E gli sforzi per sviluppare un vaccino per la clamidia, che può causare danni permanenti all'apparato riproduttivo, sono fermi da tempo. E pure l'endometriosi non è oggetto di molte ricerche nonostante colpisca il 10% delle donne in età fertile. La nostra comprensione dell'ambiente vaginale e della cervice è ancora troppo basica".

"Vagina Chip". Credit: Wyss Institute at Harvard University