Органы-на-чипе в разработке лекарственных средств: инженерные основы, искусственный интеллект и клиническая трансляция

Технологии «орган-на-чипе» (OoC), также называемые микрофизиологическими системами (MPS), объединяют микрофлюидику, инженерные биоматериалы, клетки человеческого происхождения и встроенные в чип системы биосенсорного контроля для моделирования физиологии человека в микромасштабных устройствах, обеспечивающих количественные измерения с временным разрешением. В настоящем обзоре рассматривается литература за 2010–2025 годы с акцентом на то, каким образом сенсорные системы, стандартизированный отбор проб и аналитические методы обеспечивают клиническую сопоставимость и регуляторное применение в соответствии с целевым назначением. Обобщены достижения в следующих областях: (i) материалы, изготовление и микрофлюидный дизайн; (ii) тематические исследования, ориентированные на органы и заболевания; (iii) трансляционные критерии оценки, согласующие результаты, полученные на чипах, с клиническими наборами данных по фармакокинетике, токсикологии и биомаркерам. В различных органных системах платформы всё чаще включают васкуляризацию, иммунные компоненты и гибриды с органоидами в сочетании с измерениями в реальном времени целостности барьеров, метаболизма, электрофизиологии и секретируемых биомаркеров с использованием импедансных (TEER), электрохимических и оптических методов. В репрезентативных исследованиях по сравнительной оценке сообщается, что кардиологические OoC обеспечивают AUROC ≥ 0,85 при классификации риска torsade de pointes, а почечные чипы улучшают прогнозирование клиренса, опосредованного транспортерами, по сравнению с традиционными анализами in vitro. Обобщены подходы к валидации и регуляторные разработки, имеющие отношение к методологиям новых подходов, включая Закон FDA о модернизации 2.0, а также обсуждается, как искусственный интеллект и мультиомика могут автоматизировать анализ сигналов и изображений, гармонизировать наборы данных между платформами и поддерживать рабочие процессы с цифровыми двойниками, объединяющие измерения OoC с моделями in silico. В целом OoC с биосенсорным оснащением продвигаются к количественно валидированным платформам для фармакологии безопасности, ADME/PK-PD и прецизионной медицины.