共同培养液为什么可能削弱组织功能
多器官芯片希望呈现不同组织之间的药物分布与相互影响，但各组织所需的培养环境并不相同。2022 年发表于 Nature Biomedical Engineering 的研究以此为切入点：如果把已经成熟的组织直接放入相同培养液，维持一种组织的成分可能改变另一种组织的状态，最终影响药物反应的解释。
哥伦比亚大学（Columbia University）团队构建了包含心脏、肝脏、骨与皮肤的体系。每种组织拥有自己的培养空间，与共同循环液之间设有选择性通透的内皮屏障。设计目标是在保留局部环境的同时，让药物、分泌物和循环细胞通过血管侧参与不同组织之间的物质交换。
先确认组织成熟，再进行多器官培养
研究先分别构建各组织，使其成熟后再加入芯片。心脏组织评价肌节排列及收缩相关功能，肝组织检测代谢与白蛋白分泌，骨组织观察骨形成与骨吸收相关活动，皮肤则确认分层结构及屏障功能。不同组织采用各自适合的成熟方式。
成熟程度还影响药物反应方向。文中成熟心脏组织对钙通道阻滞剂表现为搏动减慢，与患者反应一致；作者提到，同类药物在此前的 iPSC 心肌细胞单层筛选中曾出现搏动加快。心肌成熟后的基因表达也更偏向收缩、钙调控与氧化代谢。
研究设置了 3 类主要比较：具有内皮屏障的多组织芯片、没有该屏障的混合培养芯片，以及单独培养的组织。混合组保留相近的系统形式，但允许培养环境直接混合；单独培养提供组织状态的参照。
4 周培养中的组织功能、屏障与单核细胞迁移
在多组织培养后的 4 周内，有屏障体系较好地保留了心肌搏动、肝组织白蛋白分泌与皮肤结构，整体表现接近单独培养的参照。无屏障混合组则出现心脏功能下降、肝组织分泌减少及皮肤表层破坏。
有屏障的多组织体系维持了骨吸收相关的抗酒石酸酸性磷酸酶活性。蛋白组比较显示，其组织特征比混合组更接近相应的成人组织。肝脏侧内皮电阻在培养 2 周时下降，反映出屏障在共培养过程中的变化。
体系还纳入了循环单核细胞。当心脏组织受到损伤时，有屏障芯片中的单核细胞能够从血管侧迁入受损区域，而对照混合组的迁入缺少这种选择性。来自心脏的分泌物也可在其他组织区域检出。
多柔比星实验同时追踪原药与代谢物
在功能状态能够维持后，研究以多柔比星检验药物应用。研究者在循环液和不同组织区域测量原药及多柔比星醇，并建立多区室药代动力学模型。肝组织能够形成代谢物，模型则用于描述药物在流动、屏障和组织区室之间随时间改变的浓度。
有屏障与无屏障体系的浓度曲线存在差异。缺少内皮屏障时，药物到达组织区域更快；屏障会改变传输速度和暴露水平。作者还注意到心脏区室的浓度较低，可能与支撑材料吸附有关；最早时间点的循环液拟合也受到混合假设影响。
组织损伤与心脏 miRNA 的比较
多柔比星处理后，肝组织白蛋白分泌下降、尿素生成保持稳定，心脏兴奋性下降、肌钙蛋白 I 释放增加。骨唾液酸蛋白在有屏障的多组织体系中下降，抗酒石酸酸性磷酸酶活性保持稳定；内皮电阻则下降。
心脏相关微小 RNA（microRNA，miRNA）是研究的另一重点。有屏障的多组织体系出现 miR-1 上调，且一组与多柔比星心脏损伤相关的 miRNA 变化更接近既有患者资料。作者还比较组织内部与循环液中的信号，分别对应局部反应和可在血液中观察的指标。
研究进一步对照了儿童肿瘤患者接受多柔比星后发生左心室功能障碍时报告的 17 个 miRNA。以靶基因富集推断其活性，有屏障四组织系统的 10 个 miRNA 变化方向与临床资料一致，混合四组织系统为 5 个；循环液中的相应结果为 8 个与 4 个。这些比较显示，组织间联系和内皮屏障会改变同一药物所产生的分子反应。
后续将比较患者来源组织与不同给药方案
作者提出，下一步可使用患者来源的组织，比较不同给药方式、剂量安排及其他药物。当前体系尚未包含肾脏、肠道和脂肪，药物实验采用单次较高暴露，后续还需研究较低剂量的长期作用。