药物吸附会改变芯片的暴露量
口服药物经过肠道吸收后进入肝脏，两个部位都会影响最终进入循环的原药量。肠—肝芯片试图把这两个环节接在同一条流路中，但器件材料若吸附药物，流出液中的浓度就不只反映细胞吸收和代谢。京都大学等机构在 ACS Biomaterials Science & Engineering 发表的研究，针对这一测量干扰采用了全氟聚醚（PFPE）材料。
研究以咪达唑仑为测试药物。正式论文摘要报告，与聚二甲基硅氧烷（PDMS）芯片相比，PFPE 芯片肝脏区流出液中的未代谢咪达唑仑的检出量高出 20 倍以上。这个对比显示器件材料会显著改变可测暴露量，所测差异也包含材料吸附的影响。
将肠道与肝脏的贡献分开测量
芯片把肠上皮与肝细胞区串联。研究者从肠道侧给药，检测药物经肠道细胞层进入肝脏区后的流出液；还向肝脏区单独脉冲给药，用这组测量辅助区分肝脏提取与肠道贡献。第一作者此前的京都大学学位论文也描述了这一实验设计，正式论文摘要确认了相应评估思路。
从较高浓度改用较低浓度后，研究者观察到肝脏代谢饱和状态的变化；合用酮康唑时，咪达唑仑代谢受到明显抑制。使用表达 CYP3A4/UGT1A1 的基因编辑 Caco-2 细胞后，团队分别估计肠道和肝脏环节的药物可利用比例。
模型读数与人体参考值仍有距离
正式摘要给出的肠道可利用比例为 0.96，肝脏可利用比例为 0.82，二者均高于已知人体参考值。因此，这项工作的直接增量是降低器件吸附、拆分两段代谢读数，并观察剂量和酶抑制的影响；这些结果尚不足以支持准确估计人体口服生物利用度。
作者指出，肠道和肝脏两个区室的代谢活性仍可改进。这也解释了为何当前芯片能够拆分实验读数，却尚未在咪达唑仑案例中重现人体定量结果。
来源与延伸阅读
- Perfluoropolyether-Based Gut-Liver-on-a-Chip for the Evaluation of First-Pass Metabolism and Oral Bioavailability of Drugs. ACS Biomaterials Science & Engineering (2024). doi:10.1021/acsbiomaterials.4c00605 ↗
- Mengyang Wang, Development of perfluoroelastomer-based low-sorption microfluidic devices for drug metabolism and toxicity studies, Kyoto University thesis (2022). ↗