用血管侧连接多个芯片，预测人体药代参数
人源器官芯片可以测量药物进入组织、形成代谢物和引起损伤的过程。2020 年发表于 Nature Biomedical Engineering 的研究将多个血管化芯片的实验数据与计算药代模型结合，换算为人体峰浓度、达峰时间和总体暴露等参数，再与临床资料比较。
研究以哈佛大学 Wyss 研究所（Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering at Harvard University）等机构的人源芯片为基础。各芯片包含组织侧与内皮血管侧，组织侧保留各自所需环境，共同循环液在血管侧转移。另设的动静脉混合储液区用于模拟循环中的稀释和分布，并提供便于与人体血液资料比较的采样位置。
尼古丁在肠—肝—肾芯片中的吸收与代谢
研究首先将肠、肝和肾芯片组合，以尼古丁模拟口服后的首过过程。尼古丁具有较充分的人体药代资料，可用于对照；肠道侧提供吸收过程，肝芯片形成可测量的代谢物可替宁，肾芯片参与后续处置。实验中各组织仍维持屏障、白蛋白分泌或重吸收等相关功能。
药物与代谢物的浓度测量用于检验计算模型。模型预测与芯片实测浓度总体吻合，肝芯片的偏差较大，作者认为这可能与模型未纳入代谢活性的波动有关。
在尼古丁实验中，各芯片未出现乳酸脱氢酶释放增加，肝芯片白蛋白分泌和肠芯片 CYP3A4 活性也未改变。低分子量示踪物检测显示肠屏障通透性下降，较大分子示踪物则未检出这一变化；相似细胞组成的静态培养也未观察到相同屏障反应。
时间尺度、器官缩放与 PDMS 材料损失
芯片系统采用离散的液体转移和采样，人体循环却连续发生。研究先用计算模型将离散转移转换为连续流动，并代入临床给药条件；此时尼古丁峰浓度已接近临床资料，但上升到半峰值的时间约为 16 小时，临床资料约为 10.6 分钟。
随后，研究依据器官生物量、交换面积、循环体积及流量进行计算缩放，并以既有人体尼古丁资料优化模型。聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）材料造成的药物损失也被纳入计算；部分外围组织分布通过调整模型中的吸收参数近似表示。
尼古丁人体药代曲线与清除参数的预测
经过缩放后，模型预测的尼古丁峰浓度为 0.055 μM，对照临床资料为 0.052±0.009 μM；预测达峰时间约 38.9 分钟，处于文中所引临床范围。再以不同尼古丁制剂、给药量和给药时间进行比较时，预测峰浓度与临床值的最大偏差为 26.5%，暴露曲线下面积的最大偏差为 22%，预测达峰时间均在临床测得范围内。
与啮齿类资料比较时，人源芯片模型对肝脏内在清除的预测更接近临床资料；肾清除则是啮齿类模型的预测更接近临床。作者认为，肾芯片缺少肾小球、依赖计算补偿滤过功能，可能是后一结果的原因。
顺铂检验另一给药路径与组织毒性
第二个药物是顺铂。研究用骨髓芯片替代肠芯片，与肝、肾芯片共同模拟静脉给药后的过程。原先的计算框架得到保留，再按不同器官组成和给药方式调整循环区设置。这使研究能够同时比较药代参数与骨髓中的药效学反应。
顺铂实验中，模型预测的浓度—时间曲线下面积与所引临床资料较接近，峰浓度相差约 23%–26%。骨髓芯片总细胞数减少约 78%，其中中性粒细胞和红细胞分别减少约 67% 与 72%；肝芯片的白蛋白分泌和 CYP3A4 活性未见变化。肾芯片中，Pgp 表达下降，OCT2 表达升高。
转运、材料损失与计算缩放的预测流程
这套流程先通过单器官实验确定转运、代谢和材料损失参数，再用多器官实验测量共同循环中的药物分布，最后进行体积、流量和时间尺度的计算转换。
作者也指出，其他药物可能需要重新确定材料吸附及清除参数，当前体系未完整包含脂肪和所有器官。尼古丁与顺铂的结果提供了 2 种给药路径的实例；未来对更多药物和患者特异材料的用途，是在这套实验—计算方法上的进一步拓展。