从一次终点测量转向时间变化
2021 年 4 月，Nature Protocols 发表器官芯片电化学亲和传感器整合方法。美国研究团队关注微组织对药物的动态反应：同一组织在生长、受损或恢复过程中，释放到培养液中的蛋白水平可能持续变化。
常规离线检测需要反复取出培养液，样本量与操作频率也会影响微型系统。该方法把检测模块接入流体通路，按预设时间取样，测量与肝脏功能、组织损伤及心脏反应相关的标志物。
亲和识别将蛋白变化转为电信号
传感器利用抗体或适配体捕获目标蛋白，再通过电荷转移电阻的变化量化结合。这样的检测不需要为目标蛋白添加荧光标记，但必须有可用且具有相应特异性的识别分子。
多个微电极可对应不同标志物，并配合流体控制模块完成取样和检测。论文摘要记载，完成最多 3 个标志物的一轮取样与检测约需 1 小时。
培养液本身会影响信号。作者指出，蛋白组成及其他成分改变传感器背景，因此测量需要相对于培养液条件校准。
捕获表面的再生与重复测量能力
高亲和识别也带来问题：目标分子不断被捕获后，传感器表面可能饱和，后续升高的浓度无法继续被准确反映。可再生设计通过清除已结合成分，并重新形成识别表面，允许重复测量。
论文分别报告了裸微电极最多 25 次再生，以及功能化传感器约 5 次再生的表现。
器官模块、检测模块及环境传感器采用模块化流体布局。检测过程因此可以安排在组织流路中，并根据研究需要考察一个组织释放的成分进入另一个组织之前如何变化。
对乙酰氨基酚与多柔比星的肝—心蛋白指标
论文的示例采用人原代肝细胞与诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPSC）衍生心肌细胞，考察对乙酰氨基酚处理后的蛋白变化。系统测量白蛋白、谷胱甘肽 S-转移酶 α（glutathione S-transferase alpha，GST-α）及肌酸激酶 MB 同工酶（creatine kinase-MB，CK-MB）。
肝侧白蛋白分泌降低、GST-α 增加，支持观察药物相关肝损伤；心脏侧 CK-MB 变化较小。示例展示了同一组织组合最长 120 小时的动态检测，能够将肝脏与心脏反应分别呈现。
另一个示例把肝癌细胞与人源心肌细胞放入共同系统，比较多柔比星的抗肿瘤作用及心脏损伤。肝癌侧蛋白变化与心脏侧 CK-MB 释放共同记录，使针对肿瘤的作用和对另一组织的影响可以同时考察。
测量周期、材料和识别范围仍有限制
作者指出，当前设计的再生过程约需 4 小时，单个芯片在这段时间难以继续测量。交替工作的多个检测模块可减少时间缺口。
器件使用的聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）可能吸附或吸收标志物，影响有效浓度；目标水平突然超过检测范围时，传感器还可能迅速饱和。
抗体与适配体也各有特点。适配体在某些复杂背景下具有灵敏度和稳定性优势，但可用靶点范围及核酸酶降解需要考虑；抗体选择更广，却同样必须在具体培养条件下验证特异性与性能。
单个组织组合的动态测量示例
论文展示的每组动态轨迹均来自 1 套肝—心双器官系统，用于展示同一模型的连续测量。作者提出，可进一步比较多个并行系统，分析药物作用的总体差异。