藥物毒理學實驗是確保藥物安全性的關鍵，然而，目前標準臨床前模型無法準確預測藥物性肝損傷。為了更加快速有效的進行藥物的篩選，研究人員開發了一種新型多物種肝髒芯片，該芯片由大鼠、犬或人的肝細胞、內皮細胞、枯否細胞和星形細胞組成，能夠識別物種間藥物代謝和毒性的差異，快速有效的進行藥物肝毒性篩選，從而顯著降低新藥問世的時間和成本。

新藥研發臨床試驗前，需要對藥物的毒性進行評估，尤其是對於藥物代謝和清除起重要作用的肝髒毒性。而動物實驗模型的預測結果並不能精確反映藥物毒性，導致臨床試驗的失敗甚至已獲批藥物從市場召回。而器官芯片的出現，為藥物發現、藥物毒性評估提供了一個更準確的轉化平台。

最近，FDA發布了預測性毒理實驗路線圖(Predictive Toxicology Roadmap)，以評估體外模型、數學模型這些新型毒理學實驗方法，並鼓勵用這些方法來輔助、代替動物實驗。

利用器官芯片技術構建的體外模型對評估藥物性肝損傷具有一些顯著的優勢，但依然存在一些問題。比如，體外培養的肝細胞缺乏代謝能力，雖然一些複雜的2D和3D培養技術可延長肝細胞的代謝能力，但這些模型是靜止和封閉的，因此代謝物濃度會升高到非生理水平，而且由於缺乏培養基的補充，細胞可能缺乏營養而死亡。而且，3D培養的細胞結構緊密，會導致缺氧及營養物質運輸問題。

針對這些問題，Emulate公司開發了一種新型肝髒芯片，並發表在近的《Science Translational Medicine》期刊上。該芯片技術最初源於哈佛韋斯研究所，為了將此技術快速轉化應用，成立了Emulate公司。

肝髒芯片示意圖。該芯片具有多層肝髒細胞結構，原代肝細胞位於上層細胞外基質(ECM)夾心的實質細胞通道，肝非實質細胞(竇內皮細胞，枯否細胞，星形細胞)位於膜下層血管通道

該芯片采用微流控技術，保證了所有的細胞一直處於理想濃度水平的藥物及藥物代謝物中，並可通過簡單的調節流速來調節藥物濃度。這種開放性係統可以連續不斷的從芯片血管通道和實質通道中取樣，從而保證了實時生物標誌物檢測。由此產生的實驗結果與動物實驗和臨床試驗結果更為接近。

研究人員利用該芯片研究藥物作用，如藥物TAK-875對肝髒健康、線粒體功能(紅色)以及活性氧(藍綠色)的影響

通過該芯片，研究人員證實了幾種已知具有肝毒性的藥物和化合物的作用機製。並發現一種化合物在大鼠肝髒芯片中可誘導肝纖維化，但對人肝髒芯片中的肝細胞沒有影響，而另一種化合物在犬肝髒芯片中表現出了更大的毒性。

物種特異性肝髒芯片可用來預測藥物對大鼠、犬和人的肝髒毒性，因此對於那些在動物實驗中不具有肝毒性的藥物，可以在開展臨床試驗前利用該芯片對其進一步評估，如果藥物對人肝髒具有特異性毒性，該芯片也有助於進一步揭示其機理。

目前，Emulate公司正在對其器官芯片產品進行市場布局，這些芯片可以作為製藥行業、生物技術行業，以及化妝品行業的人體相關預測模型，並計劃未來將產品用於疾病模型研究。