灌流与组织界面改变了实验环境
2022 年发表于 Nature Reviews Genetics 的综述 Human organs-on-chips for disease modelling, drug development and personalized medicine，重点讨论微流控条件下的人源组织界面、灌流和力学环境，怎样影响药物分布及组织反应。
静态三维组织和类器官已能呈现多种细胞功能，但通常难以同时包含血管运输、组织间物质交换及循环免疫细胞。微流控体系把流动和组织关系加入实验，使药物到达细胞的过程也成为研究的一部分。
文章比较多种芯片结构，包括膜两侧的不同组织、凝胶中的管状结构和多培养室系统。各自能提供的环境不同，有些便于成像，有些适合较厚组织，有些能够施加形变。
肝脏模型同时观察代谢与损伤
肝芯片应用包括药物清除、供者差异和毒性机制。综述所述体系将肝细胞与内皮及其他支持细胞配合，测量药物及代谢物变化。以不同供者材料建立的多个模型，能够比较药物清除与组织功能的个体差异。
在综述介绍的供者比较中，6 种药物的消耗情况显示清除和相关功能存在个体差异；利用利多卡因形成的基于生理的药代动力学模型，还将芯片结果与人体浓度随时间的变化比较。此类应用同时需要实验清除数据和体内参照，供者差异也进入分析。
综述还介绍了炎症与药物相互作用的研究。持续的 IL-6 刺激抑制 CYP3A4 活性；加入抗 IL-6 受体抗体托珠单抗后，该酶活性及其底物辛伐他汀羟酸的代谢发生改变，重现了患者中观察到的药物相互作用。
不同物种来源细胞也被用于比较已知肝毒性。肝细胞损伤、脂肪变、胆汁淤积等表现可以与相应参照资料比较；组织成像还帮助识别某些损伤首先涉及内皮细胞。细胞种类与损伤位置因此共同参与结果解释。
心脏电活动、肾小管转运与肾小球屏障
心脏芯片研究中，诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs）衍生心肌细胞的组织电活动可用于比较药物安全性。综述介绍了特非那定及其代谢物不同安全性表现，以及多柔比星相关心肌损伤的模型案例。
肾脏系统则涉及转运、重吸收和组织屏障。近端小管模型用于研究顺铂相关损伤与转运功能，具有不同组织关系的芯片还可测量小管—血管之间的物质交换。
肾小球模型进一步利用足细胞和内皮之间的界面，观察蛋白通透及药物损伤。文章介绍了用患者含有自身抗体的血清开展的研究，芯片中的蛋白漏出与患者资料对应。不同肾脏部位提供不同评价功能。
多个组织共同参与药物处置
单器官实验无法完整呈现一种药物在一个组织代谢、再影响另一组织的过程。综述介绍多器官体系在吸收、清除及药效研究中的应用，模型通过共同循环或顺序交换培养液形成组织间作用。
综述介绍的肠—肝—肾系统结合基于生理的药代动力学模型，将芯片测量结果与人体药代参数比较。另一些系统同时观察肿瘤药效和正常组织毒性，或研究肝脏代谢变化对心脏电活动的影响。其中尼古丁和顺铂分别对应口服与静脉给药，芯片结合计算模型得到的药代参数与既有临床资料接近；将肠芯片换成骨髓芯片后，还比较了顺铂的药效学表现。
共享液体的结构也有区别。培养液可以直接连接实质细胞，也可以经内皮通道和组织屏障连接，各种设计提供不同的运输环境。混合储液空间可用于模拟循环采样，帮助区分单个器官出口浓度与循环中的整体测量。
研发应用需要围绕具体用途验证
综述提出，方法采用应逐步围绕某一种实际用途展开，例如肝损伤、药效或药代评价。同一肺芯片若用于水肿与纤维化，所需细胞组成可能不同；验证围绕具体组织功能和评价问题展开。
验证需要可靠的细胞来源、稳定的设备与操作，以及参照药物和人体数据。作者强调，还应在不同实验室采用一致的设备与方法，检验结果能否重复。
综述列举了一项接近 800 个肝芯片、采用 2 名供者细胞的盲法评价。在已知肝毒性和无肝毒性的药物集合中，报告的敏感度最高达 87%、特异度为 100%。这类以参照药物为对象的比较，让模型性能可以用具体数据评估。
作者同时讨论成本、自动化与产业采用。相比常规培养，芯片增加的复杂度应带来实际可用信息，例如解释既有方法无法区分的毒性或供者差异。其最终比较标准是与人体药物表现的对应。
芯片材料也会影响实际药物暴露。部分疏水性药物可被聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）吸收；综述讨论了实测药物浓度后进行计算校正，以及改用低吸收材料等路径。细胞来源和成熟度则需要与预定用途一并核对。