微生理系統(tǒng)（MPS），如微流控器官芯片（microfluidic organs-on-chips），已經(jīng)迅速發(fā)展成為有前景的體外工具，其通過重現(xiàn)關(guān)鍵的生物過程和疾病狀態(tài)來再現(xiàn)人體生理學(xué)。然而，它們對藥物開發(fā)的價值現(xiàn)在才逐漸清晰。通過結(jié)合微系統(tǒng)工程和細(xì)胞生物學(xué)，MPS建立了可以展示三維結(jié)構(gòu)、多細(xì)胞相互作用、組織-組織界面、流體流動和器官層面力學(xué)特點的細(xì)胞培養(yǎng)模型。例如，它們可以將人類肺部的呼吸力學(xué)、通過微血管灌注進(jìn)行運輸?shù)拿庖呒?xì)胞、微生物群與其他器官進(jìn)行整合。它們也成為了鑒定潛在疾病治療方法的新工具，包括COVID-19。這些特點使人類多細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)能夠比傳統(tǒng)的細(xì)胞培養(yǎng)更好地復(fù)制復(fù)雜的組織和器官功能。MPS已經(jīng)獲得了廣泛的關(guān)注，作為一種體外工具，它能夠在病人采用藥物治療之前更好地預(yù)測藥物療效和潛在不良反應(yīng)。

去年，瑞士羅氏公司Adrian Roth等研究人員在Science雜志上發(fā)表了題為Human microphysiological systems for drug development的觀點論文，提出器官芯片可用于評估藥物效用并促進(jìn)個性化醫(yī)療，揭示了MPS技術(shù)可能提供一種方法來更好地理解和解決臨床試驗項目的主要失敗原因——在臨床前的早期階段，動物或較簡單的細(xì)胞系統(tǒng)中無法預(yù)測療效缺乏或嚴(yán)重副作用。MPS提供的關(guān)鍵優(yōu)勢是建立了更多與生理功能相關(guān)的人類器官模型，這些模型可產(chǎn)出藥物作用的數(shù)據(jù)，并且比動物模型或傳統(tǒng)細(xì)胞系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更好地轉(zhuǎn)化到人類身上。由于不同物種的生理學(xué)差異，來自動物的研究數(shù)據(jù)并不總是能轉(zhuǎn)化為人類的數(shù)據(jù)，而傳統(tǒng)的人類體外模型缺乏三維、組織-組織界面和機械因素，這導(dǎo)致了培養(yǎng)細(xì)胞的去分化，從而削弱了與體外模型數(shù)據(jù)與人類生理的相關(guān)性。

盡管目前的MPS大多處于探索階段，但制藥和生物技術(shù)行業(yè)對該技術(shù)的接受程度很高，其長期目標(biāo)是最終盡可能地取代動物模型。同時，學(xué)術(shù)圈和多家生物技術(shù)公司都在開發(fā)日益完善的MPS模型，用于滿足藥物開發(fā)所需的需求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，包括可擴增性和穩(wěn)健性。