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马里兰大学医学院科学家及合作者创建首个具有免疫能力的"宫颈芯片"模型用于研究性传播感染
这一新型模型或可推动多种性传播感染新疗法的研发
性传播感染（STIs）不仅影响个人健康，还在全球范围内造成数十亿美元的经济损失。为研究这些疾病，研究团队开发出全球首个具有免疫能力的"器官芯片"模型，该模型能真实再现人体宫颈环境，使科学家能够研究微生物组、免疫系统与性传播感染之间的相互作用——而这一点在以往使用过度简化的细胞培养或动物模型时是无法实现的。马里兰大学医学院（UMSOM）和牙科学院（UMSOD）、特拉华大学以及弗吉尼亚大学的科学家们已在《Science Advances》期刊上发表了此项研究成果。
衣原体感染和淋病占据了性传播感染负担的很大一部分，仅在美国，这两种疾病的直接医疗成本合计每年估计约为10亿美元，这主要归因于其高发病率及相关并发症。全球范围内，世界卫生组织（WHO）报告称，15至49岁人群中每天新增近100万例性传播感染病例，其中包括每年1.29亿例新的衣原体感染病例。除了经济影响外，衣原体感染和淋病还可能导致女性健康方面的严重并发症，包括盆腔炎、不孕症以及早产等不良妊娠结局。
"这一新型模型将彻底改变科学家研究性传播感染的方式，有助于更深入理解这些疾病，并有望开发出更佳的治疗方法，"共同首席作者、马里兰大学医学院基因组科学研究所（IGS）内微生物组研究与创新中心（CAMRI）主任雅克·拉维尔（Jacques Ravel）博士表示，他同时担任马里兰大学医学院医学、微生物学和免疫学John L. Whitehurst讲席教授以及研究 advancement 助理院长。"这项研究的另一大亮点是其跨学科合作。通过整合工程学、微生物学、免疫学和微生物组科学，我们构建了一个更能反映人类生物学特性及宫颈微环境复杂性的模型。"
这种器官芯片模型，科学上称为"微生理系统"，利用宫颈上皮细胞、支持组织细胞、免疫细胞、流体流动以及阴道中常见的微生物组来模拟人体宫颈。该模型由一层多孔膜构成，一侧铺设人类宫颈细胞，另一侧为支持细胞。流体在两侧流动，模拟生理条件。当添加微生物组和病原体时，该模型能够复制人体宫颈中发生的关键过程。
"开发这一复杂模型系统的关键目标之一是使其既实用又易于获取，使生物工程实验室以外的研究人员也能采用并应用于解答重要的生物学问题，"共同首席作者、特拉华大学生物医学工程副教授杰森·格莱霍恩（Jason Gleghorn）博士表示，他领导了该模型的开发工作。"对于研究阴道微生物组而言，这一模型的需求尤为迫切，因为我们知道它在性传播感染易感性方面发挥着重要作用。"
模型开发完成后，研究团队使用两种性传播感染进行了测试：由沙眼衣原体（Chlamydia trachomatis）引起的衣原体感染和由淋病奈瑟菌（Neisseria gonorrhoeae）引起的淋病。
"最令人兴奋的发现之一是，与女性体内情况一样，由卷曲乳杆菌（Lactobacillus crispatus）主导的保护性微生物组在模型中限制了感染，这进一步凸显了阴道微生物组在性传播感染风险中的关键作用。相比之下，当我们引入'非最佳'微生物组时，感染情况会恶化，"拉维尔博士表示。"该模型提供了一个强大的新工具，可用于开发更快、更有效且个性化的治疗方法，测试新的疗法，例如益生菌或活体生物治疗药物，最终在感染发生前保护女性免受感染。这是我们首次能够模拟人体内发生的情况，而非仅仅依赖培养皿系统或不充分的动物模型。"
关于基因组科学研究所
基因组科学研究所（IGS）自2007年以来一直是马里兰大学医学院（UMSOM）的一部分。IGS科学家在多个领域开展工作，应用基因组学和系统生物学方法，以更好地理解健康问题，从而创造更健康的马里兰州和世界。我们的研究涵盖多个领域，包括癌症和精准医学；寄生虫、真菌和细菌疾病；性与生殖健康；衰老基础；以及神经科学领域，包括大脑发育、成瘾和心理健康。IGS还通过其核心设施马里兰基因组学（Maryland Genomics）保持在高通量基因组技术和生物信息学分析的前沿，为全球研究人员提供尖端、协作且具有成本效益的测序和分析服务。
关于特拉华大学工程学院
特拉华大学工程学院与产业界、政府和学术界合作，推动促进经济增长、加强国家优先事项并改善生活质量的解决方案。其教师团队每年主导超过1.3亿美元的研究，研究领域涵盖先进制造、清洁能源、人工智能和生物医学创新。通过实践教育和跨学科合作，该学院培养了3500多名学生成为工程和计算领域的领导者。
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