【应用案例】Omi双平台构建“肝-肾”器官芯片，揭示他克莫司跨器官代谢机制-Microblox 微纳立方科技（北京）有限公司微流控技术集大成者

【应用案例】Omi双平台构建“肝-肾”器官芯片，揭示他克莫司跨器官代谢机制

2026-08-07150次

临床器官移植中常用的免疫抑制剂他克莫司（Tacrolimus）治疗窗口极窄，且容易引发肾毒性。该药物主要在肝脏内被代谢，随后在肾脏产生毒性，传统的单一细胞模型无法准确评估其跨器官交互与药物间相互作用。法国利摩日大学研究团队利用 Omi 全自动器官芯片双平台，成功构建了“肝-肾”双器官芯片联用模型，实现 48 小时连续循环灌注，再现了药物的跨器官代谢与排泄轨迹。

引言

临床器官移植中常用的免疫抑制剂他克莫司（Tacrolimus）治疗窗口极窄，且容易引发肾毒性。该药物主要在肝脏内被代谢，随后在肾脏产生毒性，传统的单一细胞模型无法准确评估其跨器官交互与药物间相互作用。

法国利摩日大学研究团队利用 Omi 全自动器官芯片双平台，成功构建了“肝-肾”双器官芯片联用模型，实现 48 小时连续循环灌注，再现了药物的跨器官代谢与排泄轨迹。

PT-on-chip 与 Liver-on-chip 在 Omi 双平台下的流体连接

跨器官模型机制

他克莫司在肝脏被 CYP3A4/5 酶代谢为 DM-他克莫司等产物。随后经血液循环到达肾脏，通过 P-gp 等外排转运体进行尿液排泄（约占10%）。肾脏的药物蓄积与转运构成了其长期肾毒性的潜在病因。

Omi 平台在共享微流控回路中串联了肝细胞（HepaRG）和近端小管细胞（RPTEC/TERT1），使肝脏代谢物顺着流体进入肾脏，在体外重现了人体吸收、分布、代谢和排泄（ADME）全过程。

他克莫司（Tacrolimus）药物从肝代谢到肾排泄的机制图

Omi 平台自动化构建流程

细胞模型构建：肾细胞接种于多孔膜微流控芯片形成上皮屏障；肝细胞培养为 3D 球体以保留其特异性功能。

自动化灌注：Omi 软件提供向导式操作，自动完成灌注。

精确的流量控制：肝、肾芯片分别设置 20 μL/min 和 10 μL/min 的流速，持续灌注 48 小时。

细胞铺板到 Omi 双系统连接的实景图及循环通路

核心实验结果

细胞生理功能维持

流控条件下，肾近端小管细胞出现了明确的功能分区。荧光染色证实，3D 肝球体稳定表达了 CYP3A4 代谢酶以及 P-gp、OATP1B1 等跨膜转运蛋白，具备了处理药物的生理基础。

细胞在流控前后的明场图及肝细胞蛋白荧光染色图

跨器官代谢轨迹的定量分析

质谱分析（LC-MS/MS）结果显示：

肝脏区域：给药后，肝脏腔室他克莫司浓度迅速下降，在约 8 小时后趋于平稳，并明确检测到代谢物 DM-他克莫司。

肾脏区域：给药约 10 小时后，肾脏腔室他克莫司浓度达到峰值，但浓度仅为肝侧的约十分之一。该数据符合他克莫司主要经胆汁排泄、少量经尿液排泄的临床规律。

他克莫司（Tacrolimus）药物及代谢物在两腔室浓度随时间变化的 AUC 曲线图

代谢组学响应差异

主成分分析（PCA）表明，无论是单独使用他克莫司，还是联合二甲双胍处理，肾脏腔室的代谢谱变化均远比肝脏剧烈。这证实了代谢主要发生在肝脏，而肾脏是承受毒性代谢变化的主要器官。

PCA 散点图

结论

“肝-肾”双器官联用模型在体外成功验证了他克莫司的肝代谢与肾清除过程，为探索多药联合和系统级药代动力学（PK）提供了转化研究平台。

欢迎联系我们，获取《Liver-Kidney Organ-on-Chip》原版 Application Note PDF 文件。

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