先在灌流模型中测量小管损伤
肾近端小管损伤会释放肾损伤分子 1（kidney injury molecule-1，KIM-1），但体外培养测得的标志物变化，还需要结合人体药物暴露和肾脏生理过程来解释。美国研究团队在 CPT Pharmacometrics & Systems Pharmacology 报道一项研究，将人源肾芯片与计算模型配合使用，考察这一转化过程。
团队在 Nortis 灌流装置中培养人原代近端小管上皮细胞，用三维管状结构模拟药物接触的肾小管。细胞来自同一供者，使用第 1–2 代细胞；灌流速度为 0.5 μL/min，接种 8 天后开始药物处理。
实验分别加入顺铂、利福平和庆大霉素，芯片设置 2 天或 10 天暴露，并与胶原包被培养板上的二维细胞比较。团队收集芯片外流液检测 KIM-1，每 48 小时取样一次，另在处理后 6 小时和 24 小时取样。PrestoBlue 细胞代谢活性检测则在第 0 天和第 10 天进行。
损伤标志物的变化要结合细胞活性观察
未加药时，芯片中的 KIM-1 基础分泌水平约为二维培养的十分之一。药物处理后 6 小时，3 种药物均使芯片中的 KIM-1 增加；其中顺铂表现出剂量相关变化，另外两种药物没有相同的剂量关系。
此后，多数组的 KIM-1 在 24–48 小时回落。顺铂高浓度组和庆大霉素中、高浓度组，在第 10 天的 PrestoBlue 检测中出现代谢活性下降。作者据此指出，KIM-1 减少可能与细胞受损及可分泌标志物的细胞减少有关，需要将时间曲线与细胞活性一起判断。
暴露时间也改变了结果。利福平在 10 天灌流暴露后使细胞代谢活性下降，2 天暴露未显示同样变化，二维培养中的反应也不同。研究因此保留短期和长期两个观察窗口，而没有用单个终点代表全部损伤过程。
短期处理结束后，部分组的 KIM-1 又在随后的观察日回到基础水平，而长期暴露中的变化更持久。作者讨论了标志物释放、细胞损伤与小管修复之间的关系，说明同一个标志物的上升和回落需要结合暴露时间解释。
把芯片分泌量换算为人体中的标志物变化
计算部分采用定量系统药理模型（quantitative systems pharmacology，QSP），描述小管损伤、细胞变化与 KIM-1 分泌，再与药物暴露及人体肾脏生理过程相结合。模型按肾单位数量放大芯片测得的标志物生成速率，模拟 KIM-1 在血液和尿液中的浓度。
药物在人体中的分布采用生理药代动力学模型（physiologically based pharmacokinetic model，PBPK）描述，主要器官由不同区室表示，区室间流动依据血流设置。模型先估计进入肾脏的药物浓度，再将浓度与芯片中测得的 KIM-1 生成速率对应。
团队生成了 100 名虚拟患者，用肾脏血流、肾单位数量等参数差异表示人群变异。这里的人群由计算模型生成；实验中的人细胞仍来自单一供者。团队将部分模拟结果与已发表的急性肾损伤临床资料比较，检查模型能否再现相关标志物变化。
模型还纳入了炎症细胞对组织损伤的影响。这一部分依据小鼠损伤数据和细胞模型建立，并假设部分过程可用于人体模拟，帮助解释损伤后标志物的变化。芯片本身采用近端小管上皮细胞，炎症细胞的作用在计算模型中表达。
利福平给药安排的计算比较
团队进一步在模型中比较利福平 100–1,200 mg 剂量与 6–72 小时间隔，分别模拟 2 天和 10 天暴露。肾毒性部分依据芯片中的 KIM-1 和 PrestoBlue 结果设定，药效部分以药物浓度和细菌生长抑制的数学关系估计。
在 10 天模拟中，每 24 小时 600 mg 的安排使药物暴露低于根据 KIM-1 和 PrestoBlue 结果设定的安全阈值，同时保持较高的计算药效，与文献中的常用给药安排一致。增加剂量或缩短间隔并未进一步改善计算药效，却提高了模型预测的肾损伤风险。作者借这一例子展示如何把体外损伤数据用于比较给药方案。
实验与人体暴露的差距仍影响预测
庆大霉素的芯片损伤实验需要较高浓度：文中体外条件约为 2.1 mM，而相应临床暴露量级约为 10 μM。作者讨论了体外与人体暴露差异，并提出进一步测量药物和标志物在装置中的损失，以改善从芯片到人体的预测。
这项研究以 3 种药物展示了从体外标志物到人体模拟的分析路径。其价值在于把培养条件、早期损伤、细胞活性和人体暴露放在同一框架中比较。药物数目、单供者细胞和部分跨物种建模假设，也构成这次模拟的具体适用范围。