同时观察肝脏代谢与心肌功能
药物进入体内后，肝脏代谢可能降低毒性，也可能产生更具毒性的代谢物。单独观察心肌细胞的反应，难以呈现肝脏参与后暴露随时间变化的过程。日本国立医药品食品卫生研究所、金泽大学与东海大学的研究团队在 NAM journal 报道了一个肝—心联用微生理系统，将药物浓度检测与三维心肌组织的收缩监测结合起来。
团队用特非那定检验这一系统。特非那定是需要经肝脏代谢的抗组胺药，其主要代谢物为非索非那定。研究比较心肌组织单独培养、原代人肝细胞单独培养以及二者共同培养，追踪原药和代谢物浓度，同时观察心肌功能是否随代谢过程恢复。
这是一项概念验证研究。实验选用 1 和 3 μM 的名义给药浓度，以便清楚观察药物引起的功能变化和恢复过程；作者将这些条件列为高于治疗暴露的测试条件。研究重点是建立浓度变化与组织反应之间的时间联系。
循环培养液连接两种人源组织
装置以 BioStellar 培养板为基础，内置磁驱动搅拌泵推动培养液循环，肝细胞和心肌组织共享循环培养液。培养板底部增加透氧膜，为肝细胞提供氧气。这样的设计省去了外接流体管路，便于在同一装置内连接两种组织并连续取样。
心肌组织由人诱导多能干细胞来源的心肌细胞与 HS27a 骨髓基质细胞构成，并在纤维蛋白三维支架中培养。肝脏部分使用一个批次的冷冻原代人肝细胞。团队先让心肌组织成熟，再将其与肝细胞放入适合两者的共同培养条件中。
心肌功能通过短时视频记录，分析组织收缩幅度、收缩速度和舒张速度。培养液在 4、24 和 48 小时取样，以液相色谱—串联质谱测定特非那定与非索非那定。各组主要使用 3 或 4 个独立组织构建体。
两种浓度下的心肌收缩恢复过程
联用试验之前，团队先在心肌组织中逐步增加特非那定浓度，考察急性收缩反应。1 μM 时收缩幅度约为基线的 40%，3 μM 时约为 13%。这组结果用于选择后续共同培养的两个测试浓度。
在 1 μM 条件下，肝—心共同培养组的收缩幅度在 4 小时降至基线的约 6%，24 小时恢复到约 70%，48 小时接近基线。心肌单独培养组在 24 和 48 小时分别约为基线的 8% 和 30%。肝细胞的加入与更明显的功能恢复相伴。
在 3 μM 条件下，两组在 24 小时均出现明显的搏动紊乱。到 48 小时，共同培养组的收缩幅度恢复到基线的约 30%，但搏动仍不规则；心肌单独培养组仍保持紊乱状态。较高浓度下，代谢和恢复需要更长时间，功能也没有在本次观察窗口内完全恢复。
这些结果来自心肌组织的运动记录。作者提出，特非那定对多个离子通道的抑制可能参与收缩减弱与恢复，后续可加入场电位和钙信号检测，进一步描述其电生理变化。
特非那定浓度下降，非索非那定逐渐形成
质谱显示，特非那定浓度在所有培养条件下随时间下降。在 1 μM 共同培养组，24 小时的原药浓度已低于检测限；肝细胞单独培养组到 48 小时才达到这一状态。3 μM 条件下，共同培养组的原药浓度下降最快，其次是肝细胞组，再其次是心肌组。
非索非那定主要在含肝细胞的组别形成，并随时间积累。共同培养组的生成量较肝细胞单独培养组呈较高趋势，但组间差别未达到统计学显著水平；心肌组只有很少的生成量。基因表达检测也确认，肝细胞保留了 CYP3A4 表达，心肌组织中的该基因低于检测限。
在 1 μM 共同培养组中，原药在 24 小时已低于检测限，而收缩幅度到 48 小时才充分恢复，提示药物浓度下降与功能恢复之间存在时间差。作者据此讨论了可逆性通道抑制解除的过程。
材料吸附与后续评价设计
系统中的心肌组织支撑架采用聚二甲基硅氧烷（PDMS），会影响实际暴露。无细胞材料试验中，放入支撑架后，24 和 48 小时的培养液特非那定浓度分别约为无支撑架对照的 51% 和 31%。因此，研究在解释原药下降时同时考虑了代谢与材料吸附。
这一平台在相同时间点测量特非那定、非索非那定及心肌收缩变化，用于研究肝脏代谢对心肌药物反应的影响。作者计划采用低吸附材料、调整培养液与细胞的比例，并增加经代谢活化或解毒的药物测试。
本次药物验证集中于特非那定，原代肝细胞也来自单一批次。后续需要扩大药物类型和细胞来源，并在更接近临床的暴露条件下评价重复性。作者还提出采用对心肌没有明显直接影响的代谢抑制条件，进一步检验肝脏代谢对功能恢复的贡献。