开发一种可能帮助治疗或治愈人类健康问题的药物是一个漫长而复杂的过程。在历经数十年开发出具有潜力的候选药物后，科学家通常还需花费数年时间在细胞、动物和人体中测试新药的安全性。
然而，当前确定新药安全性的方法并非完美——尤其在预测潜在不良副作用方面存在挑战。预测新药对肝脏的影响尤为困难，作为人体处理药物和清除毒素的主要器官，若药物对肝脏造成损害，将引发药物性肝损伤，这是许多前景良好的新药无法最终惠及患者的主要原因之一，即使这些药物可能具有显著的抗病特性。
传统方法中，科学家先在培养皿中使用细胞测试，再通过动物实验评估新药安全性。但由于人类与实验动物（尤其是肝脏方面）存在显著的解剖和生理差异，这一过程往往可靠性不足。
在近期研究中，德克萨斯A&M大学伊万·鲁辛教授实验室的博士后研究员钱德·内吉博士，探索了新兴的"芯片上肝脏"技术与传统药物安全评估方法的对比效果。研究团队选取三种在跨物种毒性特征有明确记录的药物，评估英国CN Bio公司生产的PhysioMimix LC12设备能否重现临床前研究中长期存在的物种特异性药物毒性现象。
研究结果表明，尽管存在某些局限，PhysioMimix LC12相比传统体外（培养皿细胞）模型，在评估药物性肝损伤方面提供了更具预测性和生理相关性的方法。
在小型芯片上复制大型器官
肝脏是体积庞大、功能复杂的多面器官，要在微型芯片上创建精确且功能完整的模型颇具挑战。近年来，多家企业开发了肝脏微生理系统（MPS），即器官芯片技术，旨在模拟人类肝脏结构与功能的关键特征，目标是提升人体相关预测能力的同时减少动物实验依赖。
然而，该技术的广泛应用受限于缺乏独立外部验证，尤其在重现性、稳健性和跨物种性能方面。为填补这些空白，内吉在鲁辛教授指导下，联合德克萨斯A&M组织芯片验证联盟（TEX-VAL）的学术与产业合作者，通过测试人类、猴子、大鼠和狗肝脏的原代功能细胞，评估了PhysioMimix LC12的性能。
"LC12平台包含12个独立培养井，设计用于重现肝脏关键特征，包括细胞间相互作用和营养物质的持续流动，使肝细胞行为更接近体内状态（活体环境中）"，内吉表示。结果显示，LC12系统对三种测试药物的反应更稳定、强健且具有生物学相关性。
"重要的是，芯片上肝脏模型更准确反映了已知的物种特异性毒性"，内吉强调，"LC12最显著的优势在于支持长达14天的肝细胞长期培养，期间细胞保持活性和代谢功能，同时更好地保留肝脏特异性基因表达。这种长期稳定性对检测延迟性或累积性药物性肝损伤至关重要——这正是标准体外方法难以捕捉的。此外，LC12相对较大的培养基容量支持多次分析和重复取样，使研究人员能进行跨时间点的配对分析，这种纵向评估对确立药物暴露与毒性关系必不可少。"
新系统的局限性
尽管"芯片上肝脏"技术可能优于标准体外测试平台，但仍存在局限。该系统能处理的样本量超过多数现有器官芯片技术，但未针对大规模筛选设计；更高通量版本正在研发中，尚未广泛可用。
成本是另一考量因素。"系统比传统细胞培养模型更昂贵，但其提升的准确性和人体相关性可能通过减少后期药物失败率来证明投资合理性"，内吉解释道，"此外，实验过程中无法实时成像细胞构成实际挑战，因为毒性研究中细胞形态的视觉评估通常至关重要。"
鲁辛教授补充道："除成本和通量外，所有器官芯片设备尚未达到人体组织的完整复杂度。纳入免疫系统及测试不同个体的细胞，是生物医学工程亟待突破的前沿领域。"最后，该系统的复杂性意味着需先实现自动化和标准化，才能用于大规模药物测试并生成监管机构认可的数据。
未来研究方向
展望未来，为全面验证芯片上肝脏技术，研究团队计划扩大研究范围，纳入更多与复杂或延迟性肝毒性相关的药物。同时探索PhysioMimix LC12等先进系统如何与其他体外模型整合，以强化药物开发中的安全评估。
此外，团队正致力于将这些器官芯片设备与先进分子分析工具结合。通过整合测量基因活性、蛋白质和代谢变化的技术，科学家旨在更清晰理解药物潜在肝损伤机制。这些技术路径将帮助关联分子变化与肝脏功能结果，支持更具预测性、个性化和机制导向的药物测试。
"尽管仍需更多研究和监管评估，但本研究代表了迈向更精准人体相关药物测试的重要一步"，内吉总结道，"随着持续开发和验证，包括PhysioMimix LC12在内的微生理系统，有望在未来药物研发中发挥关键作用，使人类和动物用药更安全。"
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