در سال‌های اخیر، فناوری‌های موسوم به سیستم‌های میکروفیزیولوژیک (MPS) یا ارگان-روی-چیپ (OoC) ، که شامل مدل‌های بافتی میکروفلوئیدیک و طراحی‌شده برای شبیه‌سازی محیط‌های فیزیولوژیک اندام‌های انسانی هستند، به یکی از ابزارهای پیشرفته در توسعه دارو و ارزیابی فارماکوکینتیک تبدیل شده‌اند. این فناوری‌ها با امکان ادغام چند ارگان روی یک تراشه، قابلیت پیش‌بینی جذب، توزیع، متابولیسم و دفع داروها را ارائه می‌دهند و چشم‌انداز جایگزینی مدل‌های حیوانی را پیش رو دارند.
سیستم‌های ارگان-روی-چیپ یا سیستم‌های میکروفیزیولوژیک، پلتفرم‌های با مقیاس کوچک بر پایه میکروفلوئیدیک هستند که با استفاده از مهندسی بافت و طراحی میکروکانال‌ها، امکان کشت سلول‌ها یا بافت‌ها در شرایطی بسیار نزدیک به وضعیت فیزیولوژیک انسان را فراهم می‌آورند. این سیستم‌ها با ایجاد جریان مایعات، نیروی برشی، ماتریس خارج سلولی مناسب، و امکان ارتباط بین حفره‌های مختلف، می‌توانند شرایطی مانند جریان خون، تعامل میان بافت‌ها را شبیه‌سازی کنند.
از دیدگاه توسعه دارو، یکی از مهم‌ترین کاربردها، تأمین داده‌های قابل اعتماد برای مدل‌سازی فارماکوکینتیک مبتنی بر داده های فیزیولوژیک (PBPK) می باشد . به عنوان مثال در سیستم‌های روده-روی-چیپ (gut-on-a-chip) با جریان مایعات و نیروی برشی، جذب داروهای خوراکی بهتر مدل‌سازی می‌شود و می‌توان تأثیر عوامل مانند نفوذ، ترانسپورترها، و متابولیسم اولیه را مطالعه نمود. در مدل‌های کبد-روی-چیپ، فرایندهای متابولیسم دارو و تولید متابولیت‌های فعال یا سمی با دقت بالا قابل اندازه‌گیری است. در چیپ‌های کلیه و سد خونی-مغزی نیز امکان بررسی توزیع و دفع دارو را در شرایطی بسیار نزدیک به فیزیولوژی واقعی بدن فراهم می‌کنند. همچنین در پلتفرم‌های چند‌ارگانه (multi-organ-on-chip)، ارتباط میان چند اندام به‌طور هم‌زمان بازسازی می‌شود تا مسیرهای جذب، توزیع، متابولیسم و دفع (ADME) در تعامل با یکدیگر مطالعه شوند. این مدل‌ها می‌توانند داده‌های کمی برای مدل‌سازی فارماکوکینتیکی و پیش‌بینی دوز انسانی فراهم کنند. در تازه‌ترین گزارش‌های بین‌المللی، محققان موفق شده‌اند سامانه‌هایی طراحی کنند که تا ۱۸ ارگان مختلف را به‌صورت میکروفیزیولوژیک به یکدیگر متصل می‌کند. این سامانه‌ها می‌توانند تغییرات متابولیکی، سمیت‌های بین‌ارگانی، و حتی اثر متقابل داروها را در سطح سیستمیک شبیه‌سازی کنند. همچنین مطالعات امکان ادغام چیپ‌های ارگان با مدل‌های دیجیتال و شبیه‌سازی عددی را نیز نشان داده است.
اگرچه با وجود پیشرفت‌های متعدد، هنوز موانعی مانند پیچیدگی تولید، عدم تکرارپذیری، محدودیت در انتخاب مواد مناسب و استانداردسازی فرآیندها وجود دارد ولیکن پیشرفت‌های سریع در طراحی، مواد، مدل سازی و اتوماسیون این امکان را به وجود آورده‌اند که در آینده نزدیک شاهد پذیرش گسترده‌تر این فناوری در صنعت داروسازی باشیم.
سازمان‌های نظارتی از جمله FDAو EMA نیز در سال‌های اخیر، راهنماهایی را برای پذیرش داده‌های حاصل از سامانه‌های میکروفیزیولوژیک (MPS) در ارزیابی ایمنی و کارایی داروها منتشر کرده‌اند. این اقدام در چارچوب سیاست‌های جهانی “کاهش و جایگزینی آزمون‌های حیوانی" صورت گرفته است و زمینه را برای پذیرش رسمی چیپ‌های ارگان در مستندات پیش‌بالینی فراهم می‌کند.
با این حال بنظر می رسد که در آینده نزدیک، این فناوری این امکان را فراهم خواهد نمود که محققان فارماکوکینتیک، به‌جای استفاده از مدل‌های سلولی دو بعدی یا حیوانی، داده‌های دقیق‌تری درباره پارامترهای ADME کسب کنند و این به بهبود مدل‌های PBPK کمک می‌کند، همچنین در کنار مدل‌های محاسباتی و هوش مصنوعی، می‌تواند فرایند کشف و توسعه دارو را سریع‌تر، کم‌هزینه‌تر و انسانی‌تر کند.
منابع
- “Pharmacokinetics-On-a-Chip: In Vitro Microphysiological Models for Emulating of Drugs ADME” (2021)
- “The application of organ-on-chip models for the prediction of human pharmacokinetic profiles during drug development” (2023)
- “Advances of dual-organ and multi-organ systems for gut, lung, skin and liver models in absorption and metabolism studies” (2025)
- “Microphysiological systems for realizing microenvironment that mimics human physiology — functional material and its standardization applied to microfluidics” (2024)