在人源小气道模型中研究吸入药物运输
吸入药物需要在肺部形成适当的局部暴露，同时也可能穿过组织屏障进入循环。2025 年 7 月 17 日，FDA、Emulate 和英国 SciBer 的研究者发表小气道微生理系统（microphysiological system，MPS）研究，以人原代细胞测量药物跨越屏障的通透性。
这项工作聚焦于小气道。研究的核心任务是建立具有相关细胞组成的体外屏障，检查模型能否稳定测量药物运输，并结合吸入药物分类框架讨论结果。作者还考察了芯片材料造成的药物损失，因为进入体系的药物量会直接影响通透性计算。
上皮与内皮共同组成双通道屏障
模型采用上下 2 个通道，上方培养人小气道上皮细胞，下方加入微血管内皮细胞。上皮细胞在气液界面条件下分化，随后用于药物通透性测量。研究团队以显微图像、组织染色和基因表达检查细胞组成。
结果显示，上皮侧具有杯状细胞、基底细胞和纤毛细胞相关特征，并观察到黏蛋白。上皮与内皮侧也分别出现细胞连接相关标记。
屏障完整性筛选与转运体表达
研究以荧光示踪物检查通道间屏障的完整性，将渗漏较明显的芯片排除在药物通透性分析之外。在本研究条件下，上皮单独培养与加入内皮后的示踪物运输没有显著差异；药物评价则使用经过质量筛选、同时具有上皮和内皮的芯片。
基因表达检测发现，模型表达多种有机阳离子转运体及外排转运体相关基因。分化后，OCT3 和 OCTN1 的表达上调，OCTN2 及部分外排转运体相关基因的表达下降。
4 种药物检查材料损失，3 种进入通透性评价
研究选择硫酸沙丁胺醇（albuterol sulfate）、富马酸福莫特罗（formoterol fumarate）、盐酸奥达特罗（olodaterol hydrochloride）和糠酸氟替卡松（fluticasone furoate），先在没有细胞的芯片中检查药物回收情况，以区分材料结合与穿过细胞屏障这 2 种不同过程。
前 3 种药物在所测时间点没有表现出显著材料损失。糠酸氟替卡松则出现明显损失，30 分钟和 120 分钟的回收比例分别为 6% 与 44%。由于这种非特异性结合会妨碍准确测量，该药物没有进入后续通透性实验。
3 种药物的表观通透性与分类探索
团队以液相色谱—串联质谱测量各通道中的药物量，并计算表观通透性（apparent permeability，Papp）。硫酸沙丁胺醇的结果为 1.02 × 10⁻⁶ cm/s，富马酸福莫特罗为 2.44 × 10⁻⁶ cm/s，盐酸奥达特罗为 0.0813 × 10⁻⁶ cm/s，显示这 3 种药物在当前模型中的运输能力不同。
这一分类框架结合通透性、溶解度和溶出特征。研究中的剂量数取决于沉积到肺部的药物量、药物溶解度及可供其溶解的液体体积，用于描述沉积药物能否充分溶解。因而，通透性数据需要与给药及肺部环境参数一起用于分类。
随后，作者结合通透性与剂量数，将数据用于拟议的吸入药物生物药剂学分类框架。按本研究计算，硫酸沙丁胺醇和富马酸福莫特罗位于 I 类，盐酸奥达特罗位于 II 类。其中，硫酸沙丁胺醇接近 I 类与 III 类的边界。
人源芯片与大鼠离体肺的通透性比较
研究将芯片结果与既有大鼠离体肺实验资料比较，发现富马酸福莫特罗的分类发生变化：芯片资料对应 I 类，而大鼠资料对应 II 类。硫酸沙丁胺醇仍接近分类边界，盐酸奥达特罗仍对应 II 类。作者讨论了细胞物种、上皮衬液及实验体系差异。
两组数据的测量定义也不同：人源芯片计算表观通透性，大鼠离体肺资料报告有效通透性。作者指出，这项研究尚不足以比较两种模型的优劣，后续还需更细致的对照。
通透性数据可成为暴露模型的输入
作者提出，小气道芯片资料可用于估计吸入药物的局部与全身暴露，并为生理药代动力学模型（physiologically based pharmacokinetic model，PBPK model）提供输入。
本次结果来自 2 名肺上皮细胞供者，部分其他供者细胞的培养未成功。研究也遇到了细胞迁移、药物稳定性和亲脂性药物与材料结合的问题。后续方向包括拓展供者与吸入药物范围、考虑吸附较少的材料，以及进一步核对体外数据与其他评价体系的关系。