同一平台并行培养两种或四种人源细胞模型
日本产业技术综合研究所（National Institute of Advanced Industrial Science and Technology，AIST）等团队建立气压驱动的多器官培养平台，用于比较依赖代谢活化的抗癌药。研究发表于 Lab on a Chip，首次在线日期为 2017 年 11 月 14 日。不同人源细胞系在共同循环的培养液中培养，分别测量代谢、屏障和细胞增殖指标。
装置采用 4 × 4 个培养腔，更换微流体板后，可形成 8 组双器官单元或 4 组四器官单元。气压分配到不同腔室，推动培养液按顺序流动；研究将这种流动称为半单向循环。每个单元保持独立，可同时比较不同药物或条件。
双器官实验采用 HepaRG 肝细胞模型和 HCT-116 人结直肠癌细胞。四器官系统另加入 Caco-2 肠屏障模型，以及 TIG-121 正常人成纤维细胞代表的结缔组织模型。各类细胞先按自身条件预培养，再接入共同循环培养液。
肝细胞参与卡培他滨活化，改变肿瘤细胞增殖
卡培他滨（capecitabine，CAP）是氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU）的前药。团队在双器官单元中使用 100 μM CAP，比较有无 HepaRG 和有无药物的条件。约 3 天后，采用 alamarBlue 检查细胞增殖，并以液相色谱-质谱（liquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS）测量培养液中的原药和代谢物。
HCT-116 与 HepaRG 共同培养时，CAP 处理后的肿瘤细胞增殖信号降至相应无药对照的 45%±6%；HCT-116 单独培养时，CAP 没有显著抑制增殖。图 4 的增殖、代谢物及基因表达比较标注 n=4，方法段也说明相应检测采用 4 份样本。这里的增殖指标来自 alamarBlue 检测信号。
培养液中超过 80% 的 CAP 转为第一步代谢物 5′-脱氧-5-氟胞苷（5′-deoxy-5-fluorocytidine，5′-DFCR），这一变化在有无 HepaRG 时均可出现。加入肝细胞模型后，后续代谢物 5′-脱氧-5-氟尿苷（5′-deoxy-5-fluorouridine，5′-DFUR）和 5-FU 分别达到约 16 μM 与 7 μM；仅有 HCT-116 时，两者浓度很低。
作者认为，HepaRG 参与了 5′-DFCR 向 5′-DFUR 的转换，后续生成 5-FU 的过程可能还涉及肿瘤细胞。研究检查了 HepaRG 的相关代谢酶基因表达，CAP 处理与无药组之间没有显著差异。
加入肠屏障后，同时比较三种药物的分布与作用
四器官实验将 CAP、替加氟（tegafur，FT）或 5-FU 加到 Caco-2 单层的顶端一侧，观察药物通过屏障后在循环液中的分布。投加量相当于整个单元均匀分布时平均 100 μM；实际顶端及循环液浓度则由 LC-MS 分别测量。这一设定区分了投加量与各区室的真实暴露。
培养 3 天后，CAP、FT 和 5-FU 条件下，HCT-116 增殖信号分别为无药对照的 79% ± 3%、67% ± 4% 和 17% ± 3%。正常 TIG-121 也受到增殖抑制，但幅度较小；Caco-2 和 HepaRG 未显示显著增殖抑制或细胞死亡。图 5 的各项结果标注 n = 3 或 4。
循环液中的 5-FU 浓度与增殖抑制次序相符：直接使用 5-FU 后约为 82 μM，FT 后约为 6 μM，CAP 后约为 2 μM。FT 本身在屏障两侧仍保持约 94 μM，提示本模型中的活化比例较低。CAP 的中间代谢物则更多留在顶端一侧，四器官结果与双器官结果存在明显差别。
直接使用 5-FU 后，顶端及循环液测得浓度分别为 158 ± 4 μM 和 82 ± 3 μM。作者结合两侧培养液体积计算，约 76% 的药物量通过 Caco-2 单层。跨上皮电阻用于检查屏障状态，循环培养后各条件均升高；这些结果共同描述了药物分布与细胞模型变化。
并行比较多项指标，尺寸与循环条件仍需优化
平台在同一实验中观察代谢物浓度、肿瘤及正常成纤维细胞增殖、肠屏障电阻，便于比较代谢和跨屏障运输对药物作用的影响。8 组或 4 组表示装置的并行容量，具体结果则分别按各检测的样本数报告。
作者指出，本次药物实验在区室间充分混合时即可完成，流动设计对更广泛药代动力学研究的作用仍待检验。聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）微流体板的批次及装配会影响流动，模型尺寸、培养液体积和循环速度也尚未按生理比例充分调整。
不同细胞系的代谢能力、增殖速度及药物吸附和降解，会影响比较结果。此次实验中，CAP 的部分中间代谢物更多停留在肠屏障顶端侧，使四器官系统的活化和抑制作用弱于双器官系统。这也说明增加一个组织模型后，需要同时观察药物分布与细胞反应。