综述：器官芯片在药学和药理学中的应用与展望（综述）

这篇综述系统阐述了基于微流控芯片（microfluidic chips）的器官芯片（Organ-on-a-Chip, OoC）技术如何突破传统细胞实验和动物实验的局限，在疾病建模、精准医疗、药理研究及药物开发筛选等领域展现出更接近人体生理反应的优势。文章全面梳理了不同OoC平台在药理学研究中的应用场景，并前瞻性探讨了该技术的发展方向，为相关领域研究者提供了重要参考。

器官芯片：重塑药理研究的革命性工具

生理微环境模拟的突破

传统药物研发依赖的二维细胞培养无法再现组织间相互作用，动物模型则存在种属差异。器官芯片通过微米级流体通道（10-500 μm）和生物材料支架，精确控制细胞外基质（ECM）、流体剪切力（0.1-10 dyn/cm²）和机械应力等参数，成功构建包含血管内皮、实质细胞和免疫细胞的3D微生理系统。例如肝芯片可维持CYP450酶活性达28天，远超传统培养的7天时限。

疾病建模的创新应用

在肿瘤研究领域，乳腺癌芯片通过共培养上皮细胞（MCF-7）和成纤维细胞，模拟了肿瘤微环境（TME）中IL-6/JAK/STAT通路的异常激活。阿尔茨海默病模型则利用血脑屏障芯片再现了Aβ_1-42蛋白的跨膜转运过程，其预测药物渗透性的准确度较MDCK细胞模型提高47%。

药物开发的范式转变

心脏芯片整合微电极阵列（MEA）实时监测QT间期延长，较传统hERG试验更能预测药物心脏毒性。在个性化医疗中，患者源性结肠癌芯片对5-FU化疗反应的预测与临床结果吻合度达89%，显著高于PDX模型的72%。高通量版本（384孔格式）使单次实验可筛选200+化合物。

未来挑战与方向

当前瓶颈在于多器官耦合系统的长期稳定性（>30天）和标准化问题。前沿研究聚焦于：① 神经-免疫-内分泌三系统整合芯片；② 基于CRISPR-Cas9的疾病突变模型；③ 人工智能驱动的芯片数据解析算法。欧盟ETP计划已将其列为2030年替代动物实验的核心技术。

这项技术正推动药理学研究从"试错模式"向"预测模式"转型，但其临床转化仍需解决监管认证（如FDA的IQ/OQ/PQ标准）和产业化成本（当前单价$2000-5000）等关键问题。