Page 8 - 《中国药科大学学报》2025年第5期

540 学报 Journal of China Pharmaceutical University 2025, 56(5): 539 − 547 第 56 卷

药物研发是一个长期且昂贵的过程，虽然许多 督管理局（Food and Drug Administration, FDA）已经
候选药物在早期研发过程中表现优秀，但其中超过 批准 OOC 用于药物临床前评价 ，而中国国家药品监
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90% 无法通过临床试验 ，这通常源于体外模型对 督管理局（National Medical Products Administration,
化合物有效性和安全性的预测能力不足。由于肝 NMPA）先后发布了《基因治疗产品非临床研究与
脏在代谢和毒性评价中的重要作用，代谢研究、药 评价技术指导原则（试行）》《基因修饰细胞治疗产
物性肝损伤（drug induced liver injury, DILI）、药物 品非临床研究技术指导原则（试行）》和《模型引导
相互作用（drug-drug interaction, DDI）等研究需要准 的罕见病药物研发技术指导原则（征求意见稿）》，
确有效的肝脏体外模型。 鼓励采用类器官和器官芯片等模型开展试验 。本
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传统肝脏体内外模型对药物成药性的预测能 综述聚焦肝脏器官芯片技术，围绕疾病模型、药物
力有限。由于物种间的差异，动物模型预测药物在 代谢及安全性评价展开研究综述，剖析其在成药性
人体内的结果准确率只有约 50% 。这主要是因为 评价中的价值，同时探讨其面临的技术挑战与发展
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传统的体外肝细胞培养模型缺乏构建微环境所必 前景。
需的细胞外基质和细胞间相互作用，导致细胞功能
1 肝脏器官芯片概述
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快速下降 。肝脏器官芯片（liver-on-a-chip, LOC）
是近年来快速发展的体外模型，不仅可以提供更具 器官芯片，又称微生理系统（microphysiological
人体生理相关性的长期培养模型 ，还因其高通量 system, MPS），是一种通过微芯片方法制造的微流
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的特点，在成药性评价方面具有较好的应用前景 。 体细胞培养设备，通常由微流控、活细胞组织和检
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近年来，器官芯片（organ-on-a-chip, OOC）技术受到 测系统 3 部分组成 （图 1），具备多细胞层结构、多
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各国药品监管部门的广泛关注。美国食品药品监 组织界面以及与体内接近的物理化学微环境。

二维培养

三维培养
微流控系统 活细胞组织培养 给药刺激 检测

检测系统
器官芯片

图 1 器官芯片及其组成示意图

1.1 微流控设计 膜实现细胞间的阻隔和物质信号交换。
根据芯片的不同需求，芯片设计多种多样。如 OOC 通过泵实现培养液的动态培养，而微流
图 2 所示 ，基于流体仿生的 OOC 可大致分类为： 体的流速和压力是芯片循环体系的重要参数。
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单通道芯片（适合单一细胞动态培养），双通道芯片 Pisapia 等 [10] 模拟了不同流道对流速和压力的影响
（适合模拟细胞间物质交换和跨膜运输），包括平行 （表 1），发现芯片通道的形状对压力和流速有明显
设计和夹层设计，以及多通道芯片（适合模拟复杂 的影响。人体血管系统中剪切应力的生理值在
血管和组织间的交互作用），不同通道间通过多孔 0.05~12 Pa 的区间内 ，因此流体动力学是芯片设
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