可重新配置的“片上体”模型可以通过同时测量靶细胞和其他器官(例如心脏和肝脏)的化合物功效和毒性来转化药物开发。这些研究结果发表在“科学转化医学”上，证明了片上体模型能够通过更加准确和有效的临床前测试真正彻底改变生物医学研究和个性化医疗，而无需使用动物研究。

佛罗里达生物技术公司Hesperos，Inc。与制药巨头罗氏公司和中佛罗里达大学(UCF)合作，已经证明其创新的多器官体外(体外)模型系统之一能够在体内实际复制(体内)对母体药物及其代谢物的抗癌疗法的反应，以确定单一药物和药物 - 药物组合的治疗指数。

治疗指数测量药物的相对安全性以及在显着毒性开始发生之前确定药物剂量具有治疗效果的范围。目前，只能在动物的临床前阶段进行功效的初步确定，动物模型并不总是指导药物在人体中的表现。

“这是临床前药物开发过程中的游戏规则改变者，通常需要动物模型来测量治疗指数，并且在许多罕见疾病的情况下需要在人体中进行测试，因为没有可用的动物模型，”Hesperos首席科学家詹姆斯说。 J. Hickman，他是UCF纳米科学技术中心的教授。“此外，我们的系统将允许在特定癌症患者组织的小样本上测试不同的疗法，以帮助告知医生哪种治疗最适合每个人。”

“使用这种系统，药物化学家可以在动物前阶段用毫克量的化合物测试候选药物的多种变异。通常进入动物，需要进行放大以制造克至千克的化合物，通常将动物试验限制在一个候选人身上，因为它很昂贵，“首席执行官兼总裁Michael Shuler表示，康奈尔大学名誉教授也是如此。

据着名的同行评审科学期刊报道，Hesperos团队在两种情况下测试了他们的设备：用于抗白血病药物分析的癌症来源的人骨髓细胞系，以及用于测试多种药物的外阴和乳腺癌细胞系治疗多药耐药性癌症。

对于这两种配置，开发了一种片上体系统，能够容纳多个人体衍生的器官样组织构建体，这些构建体生长在一系列生物微机电系统(bio-MEMS)模块中，在单个循环无血清中允许对人类替代品中的反应进行非侵入性测量的培养基。

对于白血病模型，将两种骨髓成分与肝组织合并，以测量两种抗癌药物 - 双氯芬酸和伊马替尼 - 对骨髓来源细胞和对肝脏的脱靶效应的细胞抑制作用。测试显示肝脏活力不受伊马替尼的影响，但在第一种配置中双氯芬酸降低了30%。

在第二种配置中，将一种多药耐药性外阴癌细胞系和一种没有多重耐药性的乳腺癌细胞系整合到具有肝脏隔室的系统中以确定代谢效应，并且使用功能性心脏模型来测量电和机械缺陷。来自脱靶毒性。常见的乳腺癌药物他莫昔芬仅在经过肝脏处理后降低了乳腺癌细胞的活力。他莫昔芬不影响外阴癌细胞，除非与渗透性糖蛋白(Pgp)抑制剂维拉帕米共同给药。单独使用他莫昔芬和与维拉帕米共同给药产生脱靶心脏效应，如收缩力，搏动频率和传导速度的降低所示，但不影响生存力。

这些结果与人体试验中报道的结果一致。但它们是在实验室完成的，无需动物研究，对人类没有风险。

Hesperos公司是第一家从NCATS(国家推进转化科学中心)组织芯片计划中分离出来的公司，该公司成立于2011年，旨在解决与药物开发过程相关的长时间，高成本和高故障率问题。Hesperos目前通过NCATS的小企业创新研究计划获得资助，以开展这些研究并使组织芯片技术成为一家服务型公司。

“组织芯片技术的众多用途之一是对候选药物的有效性进行临床相关评估，”NCATS特别计划副主任Danilo Tagle博士说。

使用多重和重复药物剂量方案，这些系统非侵入性地评估心脏功能并随时间监测生物标记物的能力提供了对长期施用癌症药物或药物 - 药物组合进行长期研究的机会。