以关键组织功能安排芯片结构
2014 年，麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）的 Sangeeta N. Bhatia 与哈佛大学（Harvard University）的 Donald E. Ingber 在 Nature Biotechnology 发表观点文章，讨论微流控器官芯片在药物发现与开发中的用途。
作者把目标概括为建立能够体现组织或器官功能的最小单元。上皮与血管内皮的界面、细胞周围的基质、液体流动和组织形变，都是其重点关注的组成；模型是否保留这些条件，要根据需要研究的功能判断。
相较于只观察细胞存活，芯片还可测量屏障运输、分泌、药物代谢及组织收缩。文章据此讨论作用机制、先导化合物优先排序、毒性和生物标志物等任务，把可控制的组织环境与实际药物问题对应起来。
肺部药物反应还受到呼吸运动影响
文章介绍的肺芯片在相邻通道中培养肺泡上皮与微血管内皮，以可变形的界面模拟呼吸相关运动。这样的结构使研究者能够同时观察屏障变化、液体渗漏以及机械条件对药物反应的影响。
其中，白细胞介素-2（interleukin-2，IL-2）引发的肺水肿模型显示，接近生理幅度的机械牵张会加重屏障渗漏。仅靠静态细胞对照，可能漏掉药物与组织运动共同造成的变化。
作者还介绍了在这一模型中评价保护性干预的工作。抑制 TRPV4 离子通道的候选药物在芯片中抑制了 IL-2 引起的肺水肿；文章另外提到，啮齿类动物和犬的心源性肺水肿模型也报告了保护作用。这些模型研究的诱因不同，共同指向机械感受通路的药理价值。
另一个气道模型研究了液塞通过时的机械损伤。肺表面活性物质药物 beractant（Survanta）减轻了上皮细胞死亡，计算模拟也显示机械作用下降。该例把药物保护效应与可控制的力学过程联系起来。
肝细胞的代谢能力会改变药物产物
当药物需要先经代谢形成活性或毒性产物时，选择哪种肝细胞就会影响整个实验。文章介绍的一项肝—肾芯片研究中，HepaRG 细胞能够将异环磷酰胺代谢为氯乙醛这一毒性产物，而 HepG2/C3A 细胞未显示相同能力。
这类设计把代谢与靶组织反应放在同一个实验中，有助于分析原药和代谢产物的不同作用。需要同时说明的是，肝细胞类型、组织比例和循环液体积也会改变暴露；把两个培养区连通后，药物动力学仍需单独分析。
文章讨论的一项 6 药清除研究显示，流动有助于维持肝细胞功能，但相应体系仍不能清楚区分高、中清除药物，低清除药物的变化也难以检出。该研究分别考察了功能维持和清除率预测，灌流对前者的改善尚未覆盖全部清除类型。
文章同时提到，将原代肝细胞与非实质细胞共同培养，可改善高、中、低清除药物的测量。这使细胞组成成为流动之外的另一项重要条件，也说明评价灌流效果时需要保留共培养方式等背景。
装置壁和管路的非特异吸附还会干扰清除率计算。作者指出，这在常用聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）芯片中是一个重要问题：待测药物从培养液中减少，既可能与代谢有关，也可能来自材料损失。
肾小管模型需要保留运输与损伤反应
肾脏案例强调，药物毒性与细胞的转运功能有关。文章介绍的人源肾小管芯片在流动条件下维持有机阳离子转运体 2（organic cation transporter 2，OCT2）相关功能，并显示对顺铂的损伤反应；相应静态培养中，这些特征较弱或缺失。
这一例子把药物进入细胞的途径与毒性测量联系起来。若某个培养体系缺少与目标药物有关的转运功能，即使细胞能够长期存活，也可能低估特定的损伤反应。模型质量因此需要结合要评价的药物和作用过程判断。
更适合哪些药物研发环节
作者认为，器官芯片在当时更有希望用于先导化合物的比较、作用机制和毒性研究。超大规模初筛则要求更高通量；复杂培养、检测和装置操作会影响筛选效率，增加生理细节与保持易用性之间需要取舍。
多种组织共同培养还面临培养液兼容和组织间比例问题。同一种信号可能对不同组织产生不同影响，微小的培养液体积也会改变细胞分泌物的积累与分布；这些条件都会进入药物反应的解释。
这篇发表于 2014 年的观点文章，以当时的肺、肝和肾芯片研究说明组织界面、机械作用和代谢能力怎样改变药物反应。作者由此提出围绕特定组织功能评价芯片，并将先导化合物比较、机制和毒性研究列为重点用途。