現代藥物的開發和最終批准極大地依賴於動物模型和人體臨床試驗，但是一段時間以來，科學家們一直在研究一種替代且更方便的方法。通過在稱為「器官晶片」或「片上器官」的小型設備上重新創建各種器官的功能，研究人員希望大大減少測試新藥的安全性和有效性的時間和成本。
如今，哈佛大學懷斯研究所的科學家們將其中的10個模擬晶片拼湊在一起，創建了一個功能完善的「人體 - 晶片」平台，該平台可提供有關潛在藥物在整個人體中的行為方式的新的見解。
該研究項目的不僅在於重現10種不同人體器官的複雜功能，而且要通過流體通路將它們連接起來，以觀察模擬血液的流動如何影響整個系統。例如，在腎臟中進行篩查時，一種藥物可能看起來很安全，但可能在其他器官中產生副作用，設計這一系統的想法是在測試過程中儘早發現這種危險。
早在2017年，我們就從Wake Forest再生醫學研究所的科學家那裡得知他們正研究一種「人體 - 晶片」系統，該系統將多種器官模型組合到一個系統中，Wyss研究所在此基礎上提供了更完整的圖景。
第一種被稱為藥代動力學（PK），它可以逆轉藥物如何被人體吸收，分布，代謝和排泄，最終決定血液中殘留的藥物水平。另一種稱為藥效學（PD），是指藥物影響其靶器官的方式，包括其作用機理和任何潛在的副作用。
像我們過去觀察過的其他器官一樣，構成「晶片在身體上」系統的器官晶片是大小相當於一個U盤大小的微流體設備。一對平行的通道被多孔膜隔開，該器官的特定細胞在一側，而血管細胞在另一側模仿血管。
這些片上器官通過血管通道連接，這些通道在它們之間轉移流體，以模擬流經人體的血液。通過這種方式，科學家可以觀察藥物如何影響PK和PD，並且該團隊使用計算模型來預測藥物如何影響整個人體。
在一項實驗中，科學家使用模塊化平台連接模擬腸道，肝臟和腎臟的器官晶片。將尼古丁添加到腸片中以模擬藥物的口服給藥，尼古丁從那裡穿過腸壁，經過血管系統到達肝臟進行代謝，再到腎臟排出。隨後使用質譜分析，研究小組確認了該藥物的行程及其作用與實際人類中的情況極為相似。
在另一個實驗中，研究小組觀察了一種常見的化學療法藥物順鉑的作用，該藥物可引起腎臟和骨髓毒性，人體晶片平台再次被證明是一個準確的模型。
這項研究發表在《自然生物醫學工程》雜誌上。