代谢研究需要看到组织之间的反馈
德国蒂宾根大学自然科学与医学研究所（Natural and Medical Sciences Institute at the University of Tübingen，NMI）等团队在 Open Biology 综述多器官芯片（multi-organ chips，MOCs）在代谢研究中的应用。文章把糖、脂质、蛋白和药物代谢联系起来，重点讨论组织之间怎样通过流动培养液交换信号和代谢物。
单一肝细胞模型可以测量局部代谢，但疾病和药物反应还受到胰岛、脂肪、肠道及其他组织影响。多器官连接使研究者能够观察反馈，也使培养液、细胞比例和取样安排更复杂。
文章归纳了固定流路、模块化连接和共同流体接口。模块化装置便于先分别培养组织再连接，连接点增多也提高了泄漏风险；固定接口则更便于自动取样和机器人操作。
胰岛与肝细胞重现葡萄糖—胰岛素反馈
综述介绍一项人胰岛微组织与肝球状体共同培养的研究。在不额外加入胰岛素的培养液中，升高葡萄糖促进胰岛释放胰岛素，后者增加肝组织的葡萄糖摄取；葡萄糖降低后，胰岛素分泌也减弱。
这一连接显示了两个组织之间的反馈，而各自单独培养只能观察其中一端。另一个肝、脂肪与内皮平台维持约 72 小时的葡萄糖和脂肪酸平衡，再用高葡萄糖及胰岛素改变代谢状态。
文章也讨论肠肝连接中的脂肪变性。部分案例把肠屏障、炎症信号和肝内脂质积累联系起来，干预后的屏障变化可与肝表型一起观察。作者指出，这些模型尚未用于覆盖多种靶向途径的抗非酒精性脂肪性肝炎药效评价，其他代谢器官的参与和长期纤维化重建也待扩展。
组织功能与细胞数量之间未必按同一比例变化。培养中每个细胞的资源摄取、空间排列及活性，会影响葡萄糖消耗和信号交换，需要按所测功能调整组织比例。
肝代谢可增加毒性，也可降低毒性
药物案例显示，肝脏加入共培养后可能改变另一组织的反应。综述报道环磷酰胺经肝代谢后出现心脏毒性，而特非那定的心脏毒性则随代谢降低。
两种方向取决于母药和代谢物的作用。只有靶组织模型时，研究可能遗漏活性代谢物，也可能把缺少解毒过程时的反应用于解释整体风险。
神经与肝组织连接等案例还用于观察代谢相关神经毒性。综述中的培养系统来源并不一致，人原代细胞、诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPSC）来源细胞及部分动物模型均被讨论，结果需要按各案例的来源理解。
灌流可采用单次通过或循环两种安排。单次通过适于跟踪顺序暴露，循环则能观察代谢物积累和反馈；流向、共同培养液及血管屏障都会改变药物分配。
从芯片到人体预测分为 3 个步骤
作者提出 3 部分转换框架。第一步按药物问题选择相关器官、细胞与功能，并确定组织比例、资源供给和流体连接。药物代谢、组织损伤和内分泌反馈可以要求不同组合。
第二步获取适合建模的数据。药物与代谢物浓度、组织特异性标志及功能变化，需要结合时间取样；空白装置测试还能区分材料损失与细胞摄取。
培养液蛋白结合和装置材料会改变游离药物浓度。芯片内传感器有利于连续观察，但可测分析物、稳健性和长期运行仍有限；离线取样则需要计入样品体积及后续补液。
综述中的肠、肝和心组织案例还比较了换液策略。模型和实验共同跟踪葡萄糖、乳酸及组织功能；在该平台中，每 24 小时更换 15% 培养液可维持所测组织功能。研究使用 iPSC 来源心肌细胞、原代人肝细胞和分化的 Caco-2 肠细胞系，这一比例与该系统的营养需求对应。
第三步把芯片参数转入体内计算模型，并与人体暴露或相应生物标志资料比较。用于参数拟合的数据和用于检查预测的数据，承担不同任务。
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特非那定案例同时考虑代谢与材料损失
综述介绍的肝心系统在 24 小时内测量培养液及细胞中的特非那定和其代谢物非索非那定，同时记录心脏场电位持续时间。特非那定引起的场电位持续时间延长在代谢后减轻，非索非那定不引起相应的 QT 间期延长。计算模型既描述药物转化，也计入聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）等材料造成的损失。
芯片数据先用于确定实验系统中的代谢和药效关系，随后结合文献中的人体暴露。这样，心脏作用的解释可以同时保留母药、代谢物及可接触细胞的实际浓度。
顺铂案例预测人体 KIM-1 的时间变化
另一案例先用面向人体的生理药代动力学（physiologically based pharmacokinetic，PBPK）模型确定肾内顺铂暴露，再据此安排肾芯片浓度。实验检测细胞存活和肾损伤分子 1（kidney injury molecule 1，KIM-1）的时间变化，并与二维培养比较。
随后建立人体 KIM-1 生成和分布模型，将芯片标志变化转为可与临床报告比较的时间过程。中性粒细胞募集等免疫响应被加入计算部分，实体芯片与计算扩展承担不同内容。
作者用这两个案例说明实验和计算的互补价值，同时提出扩大药物覆盖、常规测量材料及培养液结合、选择临床相关组织标志等后续工作。