Organ-on-a-chip
एक ऑर्गन-ऑन-ए-चिप (ओ. ओ. सी.) एक बहु-चैनल 3-डी माइक्रोफ्लुइडिक कोशिका संवर्धन, एकीकृत परिपथ (चिप) है जो एक पूरे अंग या एक अंग प्रणाली की गतिविधियों, यांत्रिकी और शारीरिक प्रतिक्रिया का अनुकरण करता है। यह महत्वपूर्ण जैव चिकित्सा अभियांत्रिकी अनुसंधान का विषय है, अधिक सटीक रूप से जैव-एम. ई. एम. एस. में। लैब्स-ऑन-चिप्स (एल. ओ. सी.) और कोशिका जीव विज्ञान के अभिसरण ने अंग-विशिष्ट संदर्भ में मानव शरीर विज्ञान के अध्ययन की अनुमति दी है। मानक कोशिका संवर्धन की तुलना में जटिल ऊतकों के अधिक परिष्कृत इन विट्रो सन्निकटन के रूप में कार्य करके, वे दवा विकास और विष परीक्षण के लिए पशु मॉडल के विकल्प के रूप में क्षमता प्रदान करते हैं। हालाँकि कई प्रकाशनों का दावा है कि उन्होंने इस इंटरफेस पर अंग कार्यों का अनुवाद किया है, लेकिन इन सूक्ष्म तरल अनुप्रयोगों का विकास अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में है। अंग-पर-चिप विभिन्न शोधकर्ताओं के बीच डिजाइन और दृष्टिकोण में भिन्न होते हैं। माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों द्वारा जिन अंगों का अनुकरण किया गया है, उनमें मस्तिष्क, फेफड़े, हृदय, गुर्दे, यकृत, प्रोस्टेट, वाहिका (धमनी), त्वचा, हड्डी, उपास्थि और बहुत कुछ शामिल हैं। प्रारंभिक ऑर्गन-ऑन-ए-चिप दृष्टिकोण की एक सीमा यह है कि एक पृथक अंग का अनुकरण महत्वपूर्ण जैविक घटनाओं को याद कर सकता है जो शरीर की शारीरिक प्रक्रियाओं के जटिल नेटवर्क में होती हैं, और यह कि यह अति सरलीकरण उन निष्कर्षों को सीमित करता है जिन्हें खींचा जा सकता है। बाद के माइक्रोफिज़ियोमेट्री के कई पहलुओं का उद्देश्य माइक्रोफैब्रिकेशन, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स और माइक्रोफ्लुइडिक्स के माध्यम से सटीक रूप से नकली परिस्थितियों में अधिक परिष्कृत शारीरिक प्रतिक्रियाओं का प्रतिरूपण करके इन बाधाओं को दूर करना है। ऑर्गन चिप्स के विकास ने मानव वायरल संक्रमणों के जटिल पैथोफिजियोलॉजी के अध्ययन को सक्षम बनाया है। एक उदाहरण लीवर चिप प्लेटफॉर्म है जिसने वायरल हेपेटाइटिस के अध्ययन को सक्षम किया है। लैब-ऑन-चिप एक उपकरण है जो एक चिप पर एक या कई प्रयोगशाला कार्यों को एकीकृत करता है जो खोखले माइक्रोफ्लुइडिक चैनलों में कणों को संभालने से संबंधित है। इसे एक दशक से अधिक समय से विकसित किया जा रहा है। इतने छोटे पैमाने पर कणों को संभालने के लाभों में तरल पदार्थ की मात्रा की खपत को कम करना (कम अभिकर्मकों की लागत, कम अपशिष्ट), उपकरणों की सुवाह्यता में वृद्धि, प्रक्रिया नियंत्रण में वृद्धि (तेज ताप-रासायनिक प्रतिक्रियाओं के कारण) और निर्माण लागत में कमी शामिल है। इसके अतिरिक्त, माइक्रोफ्लुइडिक प्रवाह पूरी तरह से लैमिनार है (यानी, कोई अशांति नहीं)। नतीजतन, एक खोखले चैनल में पड़ोसी धाराओं के बीच लगभग कोई मिश्रण नहीं होता है। कोशिकीय जीवविज्ञान अभिसरण में, तरल पदार्थों में इस दुर्लभ गुण का उपयोग जटिल कोशिका व्यवहारों का बेहतर अध्ययन करने के लिए किया गया है, जैसे कि कीमोटैक्टिक उत्तेजनाओं, स्टेम सेल विभेदन, अक्षतन्तु मार्गदर्शन, जैव रासायनिक संकेत के उपकोशिकीय प्रसार और भ्रूण विकास के जवाब में कोशिका गतिशीलता। 3डी कोशिका-संवर्धन मॉडल से ओओसी के 3डी कोशिका-संवर्धन मॉडल में संक्रमण कोशिका विभेदन और ऊतक संगठन के उच्च स्तर को बढ़ावा देकर 2डी संवर्धन प्रणालियों से अधिक है। 3डी संवर्धन प्रणालियाँ अधिक सफल होती हैं क्योंकि ईसीएम जैल का लचीलापन आकार परिवर्तन और कोशिका-कोशिका कनेक्शन को समायोजित करता है-जो पहले कठोर 2डी संवर्धन सब्सट्रेट द्वारा निषिद्ध था। फिर भी, सबसे अच्छे 3डी कल्चर मॉडल भी कई पहलुओं में एक अंग के सेलुलर गुणों की नकल करने में विफल रहते हैं, जिसमें ऊतक-से-ऊतक इंटरफेस (जैसे, एपिथेलियम और संवहनी एंडोथेलियम), रसायनों के स्पेटिओटेम्पोरल ग्रेडिएंट और यांत्रिक रूप से सक्रिय सूक्ष्म वातावरण (जैसे। धमनियों का वैसोकंस्ट्रिकशन और तापमान के अंतर के लिए वैसोडिलेटर प्रतिक्रियाएं)। ऑर्गन-ऑन-चिप्स में माइक्रोफ्लुइडिक्स का अनुप्रयोग व्यवहार्य 3डी ऊतक निर्माणों में पोषक तत्वों और अन्य घुलनशील संकेतों के कुशल परिवहन और वितरण को सक्षम बनाता है। अंग-पर-चिप को 3डी कोशिका-संवर्धन मॉडल की अगली लहर के रूप में संदर्भित किया जाता है जो पूरे जीवित अंगों की जैविक गतिविधियों, गतिशील यांत्रिक गुणों और जैव रासायनिक कार्यात्मकताओं की नकल करते हैं। अंग ब्रेन-ऑन-ए-चिप उपकरण न्यूरोसाइंस और माइक्रोफ्लुइडिक्स के बीच एक इंटरफेस बनाते हैंः 1) कल्चर व्यवहार्यता में सुधार; 2) उच्च-थ्रूपुट स्क्रीनिंग का समर्थन; 3) विट्रो/एक्स विवो में अंग-स्तर के शरीर विज्ञान और रोग का मॉडलिंग, और 4) माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों की उच्च परिशुद्धता और ट्यूनेबिलिटी को जोड़ना। ब्रेन-ऑन-ए-चिप उपकरण कोशिका संवर्धन पद्धति के संदर्भ में जटिलता के कई स्तरों को फैलाते हैं। ऐसे प्लेटफार्मों का उपयोग करके उपकरण बनाए गए हैं जो ऑर्गेनोटाइपिक ब्रेन स्लाइस के रूप में पारंपरिक 2डी कोशिका संवर्धन से लेकर 3डी ऊतकों तक हैं। ऑर्गेनोटाइपिक ब्रेन स्लाइस एक इन विट्रो मॉडल है जो अतिरिक्त थ्रूपुट और ऑप्टिकल लाभों के साथ विवो फिजियोलॉजी में प्रतिकृति बनाता है, इस प्रकार माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों के साथ अच्छी तरह से जोड़ा जाता है। मस्तिष्क के टुकड़ों को प्राथमिक कोशिका संवर्धन की तुलना में लाभ होता है जिसमें ऊतक वास्तुकला को संरक्षित किया जाता है और बहुकोशिकीय अंतःक्रिया अभी भी हो सकती है। उनके उपयोग में लचीलापन है, क्योंकि स्लाइस का उपयोग तीव्र रूप से किया जा सकता है (स्लाइस कटाई के 6 घंटे से भी कम समय बाद) या बाद में प्रयोगात्मक उपयोग के लिए संवर्धित किया जा सकता है। क्योंकि ऑर्गेनोटाइपिक मस्तिष्क के टुकड़े हफ्तों तक व्यवहार्यता बनाए रख सकते हैं, वे दीर्घकालिक प्रभावों का अध्ययन करने की अनुमति देते हैं। स्लाइस-आधारित प्रणालियाँ बाह्य कोशिकीय वातावरण के सटीक नियंत्रण के साथ प्रयोगात्मक पहुंच भी प्रदान करती हैं, जिससे यह न्यूरोपैथोलॉजिकल परिणामों के साथ रोग को सहसंबंधित करने के लिए एक उपयुक्त मंच बन जाता है। चूंकि एक मस्तिष्क से लगभग 10 से 20 टुकड़े निकाले जा सकते हैं, इसलिए इन विवो अध्ययनों की तुलना में जानवरों का उपयोग काफी कम हो जाता है। ऑर्गेनोटाइपिक ब्रेन स्लाइस को कई जानवरों की प्रजातियों से निकाला और संवर्धित किया जा सकता है (जैसे। चूहों), लेकिन मनुष्यों से भी। माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों को संवर्धन व्यवहार्यता में सुधार के लिए ऑर्गेनोटाइपिक स्लाइस के साथ जोड़ा गया है। ऑर्गेनोटाइपिक ब्रेन स्लाइस (मोटाई में लगभग 300 माइक्रोन) के संवर्धन के लिए मानक प्रक्रिया एक वायु-मध्यम इंटरफेस बनाने के लिए अर्ध-छिद्रपूर्ण झिल्ली का उपयोग करती है, लेकिन इस तकनीक के परिणामस्वरूप पोषक तत्वों और विघटित गैसों के प्रसार की सीमाएँ होती हैं। चूँकि माइक्रोफ्लुइडिक प्रणालियाँ इन आवश्यक पोषक तत्वों और गैसों के लैमिनार प्रवाह की शुरुआत करती हैं, परिवहन में सुधार होता है और उच्च ऊतक व्यवहार्यता प्राप्त की जा सकती है। मानक स्लाइस को व्यवहार्य रखने के अलावा, ब्रेन-ऑन-ए-चिप प्लेटफार्मों ने मोटाई के कारण एक महत्वपूर्ण परिवहन बाधा के बावजूद, मोटे ब्रेन स्लाइस (लगभग 700 माइक्रोन) के सफल संवर्धन की अनुमति दी है। जैसे-जैसे मोटे टुकड़े अधिक देशी ऊतक वास्तुकला को बनाए रखते हैं, यह मस्तिष्क-पर-एक-चिप उपकरणों को कोशिका व्यवहार्यता का त्याग किए बिना अधिक "इन विवो-जैसी" विशेषताओं को प्राप्त करने की अनुमति देता है। माइक्रोफ्लुइडिक उपकरण 2डी और स्लाइस दोनों संस्कृतियों में उच्च-थ्रूपुट स्क्रीनिंग और विषाक्त मूल्यांकन का समर्थन करते हैं, जिससे मस्तिष्क के लिए लक्षित नए चिकित्सा विज्ञान का विकास होता है। एक उपकरण ग्लियोब्लास्टोमा मल्टीफॉर्म (मानव मस्तिष्क कैंसर का सबसे आम रूप) में संयुक्त रूप से पिटावास्टैटिन और इरिनोटेकन दवाओं की जांच करने में सक्षम था। इन जांच दृष्टिकोणों को रक्त-मस्तिष्क बाधा (बी. बी. बी.) के मॉडलिंग के साथ जोड़ा गया है, जो मस्तिष्क का इलाज करते समय दवाओं के लिए एक महत्वपूर्ण बाधा है, जिससे इस बाधा के पार दवा की प्रभावकारिता का अध्ययन इन विट्रो में किया जा सकता है। माइक्रोफ्लुइडिक जांच का उपयोग उच्च क्षेत्रीय सटीकता के साथ रंग देने के लिए किया गया है, जिससे दवा अनुप्रयोगों में स्थानीयकृत माइक्रोपरफ्यूजन का मार्ग प्रशस्त होता है। माइक्रोफ्लुइडिक बी. बी. बी. इन विट्रो मॉडल अंतःस्थापित कोशिकाओं के लिए एक 3डी वातावरण की प्रतिकृति बनाते हैं (जो कोशिकीय और बाह्य कोशिकीय वातावरण का सटीक नियंत्रण प्रदान करता है), कतरनी तनाव की प्रतिकृति बनाते हैं, 2डी मॉडल की तुलना में अधिक शारीरिक रूप से प्रासंगिक आकृति विज्ञान रखते हैं, और उपकरण में विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं को आसानी से शामिल करते हैं। चूँकि माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों को ऑप्टिकल अभिगम्यता के साथ डिज़ाइन किया जा सकता है, यह विशिष्ट क्षेत्रों या व्यक्तिगत कोशिकाओं में आकृति विज्ञान और प्रक्रियाओं के दृश्य के लिए भी अनुमति देता है। ब्रेन-ऑन-ए-चिप सिस्टम पारंपरिक 2डी और 3डी सेल कल्चर तकनीकों की तुलना में अल्जाइमर रोग, पार्किंसंस रोग और मल्टीपल स्क्लेरोसिस जैसे न्यूरोलॉजिकल रोगों में अंग-स्तर के शरीर विज्ञान को अधिक सटीक रूप से मॉडल कर सकते हैं। इन रोगों को इस तरह से मॉडल करने की क्षमता जो इन विवो स्थितियों का संकेत है, उपचार और उपचार के अनुवाद के लिए आवश्यक है। इसके अतिरिक्त, ब्रेन-ऑन-ए-चिप उपकरणों का उपयोग चिकित्सा निदान के लिए किया गया है, जैसे कि ब्रेन टिश्यू स्लाइस में कैंसर के लिए बायोमार्कर डिटेक्शन में। ब्रेन-ऑन-ए-चिप उपकरण छोटे चैनलों के माध्यम से प्रवाह के कारण कोशिकाओं या ऊतकों पर कतरनी तनाव पैदा कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप सेलुलर क्षति हो सकती है। ये छोटे चैनल हवा के बुलबुले के फंसने की संवेदनशीलता भी पैदा करते हैं जो प्रवाह को बाधित कर सकते हैं और संभावित रूप से कोशिकाओं को नुकसान पहुंचा सकते हैं। ब्रेन-ऑन-ए-चिप उपकरणों में पी. डी. एम. एस. (पॉलीडिमिथाइलसिलोक्सेन) के व्यापक उपयोग में कुछ कमियां हैं। यद्यपि पी. डी. एम. एस. सस्ता, लचीला और पारदर्शी है, प्रोटीन और छोटे अणुओं को इसके द्वारा अवशोषित किया जा सकता है और बाद में अनियंत्रित दरों पर जूँ। माइक्रोफ्लुइडिक बी. बी. बी. उपकरणों में प्रगति के बावजूद, ये उपकरण अक्सर तकनीकी रूप से बहुत जटिल होते हैं, अत्यधिक विशिष्ट सेटअप और उपकरणों की आवश्यकता होती है, और सेलुलर बाधाओं को पार करने वाले पदार्थों के परिवहन कैनेटीक्स में अस्थायी और स्थानिक अंतर का पता लगाने में असमर्थ होते हैं। इसके अलावा, इन मॉडलों में पारगम्यता के प्रत्यक्ष माप सीमित परफ्यूजन और नवगठित सूक्ष्म संवहनी नेटवर्क की जटिल, खराब परिभाषित ज्यामिति के कारण सीमित हैं। आंत मानव आंत-पर-एक-चिप में दो सूक्ष्म चैनल होते हैं जो आंत उपकला कोशिकाओं द्वारा पंक्तिबद्ध लचीली झरझरा बाह्यकोशिकीय मैट्रिक्स (ईसीएम)-लेपित झिल्ली द्वारा अलग किए जाते हैंः कैको-2, जिसका व्यापक रूप से आंतों के अवरोध के रूप में उपयोग किया गया है। कैको-2 कोशिकाओं को इसकी पैतृक कोशिका, एक मानव बृहदान्त्र एडेनोकार्सिनोमा के सहज विभेदन के तहत संवर्धित किया जाता है, जो आंत के सुरक्षात्मक और अवशोषक गुणों के मॉडल का प्रतिनिधित्व करते हैं। माइक्रो चैनलों को पॉलीडिमिथाइलसिलोक्सेन (पी. डी. एम. एस.) बहुलक से बनाया जाता है। आंत के सूक्ष्म पर्यावरण की नकल करने के लिए, पेरिस्टालिसिस जैसे द्रव प्रवाह को डिज़ाइन किया गया है। मुख्य कोशिका चैनल द्विस्तरीय के दोनों किनारों के साथ निर्वात कक्षों में चूषण को प्रेरित करके, आंत के व्यवहार की नकल करने के लिए खिंचाव और आराम के चक्रीय यांत्रिक तनाव विकसित किए जाते हैं। इसके अलावा, कोशिकाएं सहज विलस मॉर्फोजेनेसिस और विभेदन से गुजरती हैं, जो आंतों की कोशिकाओं की विशेषताओं को सामान्यीकृत करती हैं। त्रि-आयामी विली मचान के तहत, कोशिकाएं न केवल फैलती हैं, बल्कि चयापचय गतिविधियों को भी बढ़ाया जाता है। आंत में एक अन्य महत्वपूर्ण खिलाड़ी रोगाणु हैं, अर्थात् आंत माइक्रोबायोटा। आंत माइक्रोबायोटा में कई माइक्रोबियल प्रजातियाँ सख्त एनारोब्स हैं। इन ऑक्सीजन असहिष्णु एनारोब्स को ऑक्सीजन अनुकूल आंतों की कोशिकाओं के साथ सह-संवर्धन करने के लिए, एक पॉलीसल्फोन निर्मित आंत-ऑन-ए-चिप तैयार किया गया है। इस प्रणाली ने बृहदान्त्र उपकला कोशिकाओं, गोबल्ट जैसी कोशिकाओं और बैक्टीरिया फेकेलिबैक्टीरियम प्रास्निट्ज़ी, यूबैक्टीरियम रेक्टेल और बैक्टेरॉइड्स थियोटोमाइक्रॉन के सह-संवर्धन को बनाए रखा। मौखिक प्रशासन दवा प्रशासन के लिए सबसे आम तरीकों में से एक है। यह रोगियों, विशेष रूप से बाह्य रोगियों को, तीव्र दवा प्रतिक्रियाओं का अनुभव करने की न्यूनतम संभावना के साथ और ज्यादातर मामलों में दर्द-मुक्त दवाओं की स्व-सेवा करने की अनुमति देता है। हालांकि, शरीर में दवा की क्रिया काफी हद तक पहले पास प्रभाव से प्रभावित हो सकती है। आंत, जो मानव पाचन तंत्र में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है, एक दवा की प्रभावशीलता को उसके रासायनिक और जैविक गुणों को चुनिंदा रूप से अवशोषित करके निर्धारित करती है। जबकि नई दवाओं को विकसित करना महंगा और समय लेने वाला है, यह तथ्य कि आंत-पर-एक-चिप तकनीक उच्च स्तर के थ्रूपुट को प्राप्त करती है, नई दवाओं के लिए अनुसंधान और विकास लागत और समय में काफी कमी आई है। भले ही सूजन आंत्र रोग (आई. बी. डी.) का कारण मायावी है, लेकिन इसके पैथोफिजियोलॉजी में आंत का माइक्रोबायोटा शामिल है। आई. बी. डी. को प्रेरित करने के वर्तमान तरीके कैको-2 को सक्रिय करने के लिए सूजन संकेतों का उपयोग कर रहे हैं। यह पाया गया कि आंतों के उपकला ने बाधा कार्य में कमी और साइटोकिन सांद्रता में वृद्धि का अनुभव किया। आंत-पर-एक-चिप ने दवा परिवहन, अवशोषण और विषाक्तता के साथ-साथ समग्र रूप से सूक्ष्म पर्यावरण में रोगजनन और अंतःक्रियाओं के अध्ययन में संभावित विकास पर मूल्यांकन की अनुमति दी। इसके अतिरिक्त, आंत-पर-एक-चिप जीवाणु प्रजातियों के विरोधी भड़काऊ प्रभावों के परीक्षण की अनुमति देता है। चिप का उपयोग विट्रो में आंत में मानव विकिरण-प्रेरित चोट को मॉडल करने के लिए किया गया था क्योंकि यह सेलुलर और ऊतक दोनों स्तरों पर चोटों को फिर से जोड़ता है। चोटों में शामिल हैं लेकिन इन्हीं तक सीमित नहीं हैंः बलगम उत्पादन का निवास, विलस ब्लंटिंग को बढ़ावा देना और माइक्रोविली की विकृति। लंग लंग-ऑन-ए-चिप्स को मौजूदा इन विट्रो एल्वियोलर-केपिलरी इंटरफेस मॉडल की शारीरिक प्रासंगिकता में सुधार के प्रयास में डिजाइन किया जा रहा है। इस तरह का एक बहुआयामी सूक्ष्म उपकरण मानव वायुकोशीय-केशिका इंटरफेस (यानी, जीवित फेफड़े की मौलिक कार्यात्मक इकाई) के प्रमुख संरचनात्मक, कार्यात्मक और यांत्रिक गुणों को पुनः उत्पन्न कर सकता है। हार्वर्ड में वायस इंस्टीट्यूट फॉर बायोलॉजिकली इंस्पायर्ड इंजीनियरिंग के डोंग्यून हुह ने पी. डी. एम. एस. से बनी एक पतली (10 माइक्रोन) झरझरा लचीली झिल्ली द्वारा अलग किए गए दो निकट रूप से संलग्न माइक्रो चैनलों वाली एक प्रणाली के निर्माण का वर्णन किया है। इस उपकरण में बड़े पैमाने पर तीन माइक्रोफ्लुइडिक चैनल होते हैं, और केवल बीच में एक छिद्रपूर्ण झिल्ली होती है। कल्चर कोशिकाएँ झिल्ली के दोनों ओर उगाई जाती थींः एक तरफ मानव वायुकोशीय उपकला कोशिकाएँ और दूसरी तरफ मानव फुफ्फुसीय सूक्ष्म संवहनी एंडोथेलियल कोशिकाएँ। चैनलों का कंपार्टमेंटलाइजेशन न केवल एक तरल पदार्थ के रूप में हवा के प्रवाह को सुविधाजनक बनाता है जो उपकला की एपिकल सतह पर कोशिकाओं और पोषक तत्वों को पहुंचाता है, बल्कि मध्य और साइड चैनलों के बीच दबाव के अंतर को भी संभव बनाता है। मनुष्य के श्वसन चक्र में सामान्य प्रेरणा के दौरान, इंट्राप्ल्यूरल दबाव कम हो जाता है, जिससे एल्वियोली का विस्तार होता है। जैसे ही हवा को फेफड़ों में खींचा जाता है, केशिकाओं में वायुकोशीय उपकला और युग्मित एंडोथेलियम फैल जाते हैं। चूँकि एक वैक्यूम साइड चैनलों से जुड़ा होता है, दबाव में कमी के कारण मध्य चैनल का विस्तार होगा, इस प्रकार छिद्रपूर्ण झिल्ली और बाद में, पूरे वायुकोशीय-केशिका इंटरफेस को फैलाएगा। झिल्ली के खिंचाव के पीछे दबाव-संचालित गतिशील गति, जिसे एक चक्रीय यांत्रिक तनाव (जिसका मूल्य लगभग 10 प्रतिशत है) के रूप में भी वर्णित किया जाता है, इस उपकरण के स्थिर संस्करण और एक ट्रांसवेल संवर्धन प्रणाली की तुलना में छिद्रपूर्ण झिल्ली में नैनोकणों के स्थानान्तरण की दर को काफी बढ़ाती है। किसी उपकरण की जैविक सटीकता को पूरी तरह से मान्य करने के लिए, उसके पूरे अंग की प्रतिक्रियाओं का मूल्यांकन किया जाना चाहिए। इस उदाहरण में, शोधकर्ताओं ने कोशिकाओं को चोट पहुंचाईः फुफ्फुसीय सूजनः फुफ्फुसीय सूजन प्रतिक्रियाओं में एक बहु-चरणीय रणनीति शामिल होती है, लेकिन उपकला कोशिकाओं के उत्पादन में वृद्धि और साइटोकिन्स की प्रारंभिक प्रतिक्रिया रिलीज के साथ, इंटरफेस को ल्यूकोसाइट आसंजन अणुओं की संख्या में वृद्धि से गुजरना चाहिए। हुह के प्रयोग में, एक शक्तिशाली प्रोइनफ्लेमेटरी मध्यस्थ वाले माध्यम को पेश करके फुफ्फुसीय सूजन का अनुकरण किया गया था। चोट लगने के कुछ ही घंटों बाद, एक चक्रीय तनाव के अधीन माइक्रोफ्लुइडिक उपकरण में कोशिकाओं ने पहले उल्लिखित जैविक प्रतिक्रिया के अनुसार प्रतिक्रिया की। फुफ्फुसीय संक्रमणः जीवित ई-कोली बैक्टीरिया का उपयोग यह प्रदर्शित करने के लिए किया गया था कि कैसे प्रणाली एक जीवाणु फुफ्फुसीय संक्रमण के लिए जन्मजात कोशिकीय प्रतिक्रिया की नकल भी कर सकती है। बैक्टीरिया को एल्वियोलर एपिथेलियम की एपिकल सतह पर पेश किया गया था। घंटों के भीतर, न्यूट्रोफिल का पता वायुकोशीय डिब्बे में चला, जिसका अर्थ है कि वे संवहनी सूक्ष्म चैनल से स्थानांतरित हो गए थे, जहाँ छिद्रपूर्ण झिल्ली ने बैक्टीरिया को फागोसाइटाइज़ किया था। इसके अतिरिक्त, शोधकर्ताओं का मानना है कि इस फेफड़े-पर-एक-चिप प्रणाली का संभावित मूल्य विष विज्ञान अनुप्रयोगों में सहायता करेगा। नैनोपार्टिकल्स के लिए फुफ्फुसीय प्रतिक्रिया की जांच करके, शोधकर्ताओं को कुछ वातावरणों में स्वास्थ्य जोखिमों के बारे में अधिक जानने और इन विट्रो मॉडल में पहले से अधिक सरलीकृत को सही करने की उम्मीद है। क्योंकि एक माइक्रोफ्लुइडिक फेफड़ा-ऑन-ए-चिप एक जीवित मानव फेफड़े के यांत्रिक गुणों को अधिक सटीक रूप से पुनः उत्पन्न कर सकता है, इसकी शारीरिक प्रतिक्रियाएं एक ट्रांसवेल संवर्धन प्रणाली की तुलना में तेज और अधिक सटीक होंगी। फिर भी, प्रकाशित अध्ययनों में यह स्वीकार किया गया है कि एक फेफड़े-पर-एक-चिप की प्रतिक्रियाएं अभी तक देशी वायुकोशीय उपकला कोशिकाओं की प्रतिक्रियाओं को पूरी तरह से पुनः उत्पन्न नहीं करती हैं। संकुचन और इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल प्रतिक्रियाओं की नकल करते समय कठिनाइयों के कारण विवो कार्डियक ऊतक वातावरण में दोहराने के लिए हार्ट पास्ट के प्रयास चुनौतीपूर्ण साबित हुए हैं। इस तरह की विशेषताओं से इन विट्रो प्रयोगों की सटीकता में काफी वृद्धि होगी। माइक्रोफ्लुइडिक्स ने पहले से ही कार्डियोमायोसाइट्स पर इन विट्रो प्रयोगों में योगदान दिया है, जो हृदय गति को नियंत्रित करने वाले विद्युत आवेगों को उत्पन्न करते हैं। उदाहरण के लिए, शोधकर्ताओं ने पी. डी. एम. एस. माइक्रोचैम्बर्स की एक श्रृंखला का निर्माण किया है, जो सेंसर और उत्तेजक इलेक्ट्रोड के साथ संरेखित है जो एक उपकरण के रूप में कार्डियोमायोसाइट्स के चयापचय की विद्युत रासायनिक और ऑप्टिकल रूप से निगरानी करेगा। इसी तरह एक अन्य लैब-ऑन-ए-चिप ने पी. डी. एम. एस. में एक माइक्रोफ्लुइडिक नेटवर्क को प्लेनर माइक्रोइलेक्ट्रोड के साथ जोड़ा, इस बार एकल वयस्क म्यूरीन कार्डियोमायोसाइट्स से बाह्य कोशिकीय क्षमता को मापने के लिए। हार्ट-ऑन-ए-चिप के एक रिपोर्ट किए गए डिजाइन का दावा है कि "लेमिनार कार्डियक मांसपेशियों के पदानुक्रमित ऊतक संरचनाओं को दोहराने वाले निर्माणों में संरचना-कार्य संबंधों को मापने का एक कुशल साधन" बनाया गया है। यह चिप यह निर्धारित करती है कि कार्डियक टिश्यू से बने सिकुड़ने वाले उपकरण में मायोसाइट्स का संरेखण और जीन अभिव्यक्ति प्रोफ़ाइल (आकार और कोशिका संरचना विरूपण से प्रभावित) कार्डियक सिकुड़ने में उत्पन्न बल में योगदान देता है। यह हार्ट-ऑन-ए-चिप एक बायोहाइब्रिड संरचना हैः एक इंजीनियर अनिसोट्रोपिक वेंट्रिकुलर मायोकार्डियम एक इलास्टोमेरिक पतली फिल्म है। इस विशेष माइक्रोफ्लुइडिक उपकरण के डिजाइन और निर्माण प्रक्रिया में पहले कांच की सतह के किनारों को टेप (या किसी भी सुरक्षात्मक फिल्म) से ढकना शामिल है जैसे कि सब्सट्रेट के वांछित आकार को समोच्च बनाना। इसके बाद पी. एन. आई. पी. ए. की एक स्पिन कोट परत लगाई जाती है। इसके विघटन के बाद, सुरक्षात्मक फिल्म को हटा दिया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप पीएनआईपीए का एक स्व-स्थायी निकाय बन जाता है। अंतिम चरणों में कवर स्लिप और क्यूरिंग के ऊपर पी. डी. एम. एस. की सुरक्षात्मक सतह की स्पिन कोटिंग शामिल है। मस्कुलर थिन फिल्म (एम. टी. एफ.) पी. डी. एम. एस. के एक पतले लचीले सब्सट्रेट पर कार्डियक मसल मोनोलेयर को इंजीनियर करने में सक्षम बनाती है। 2डी कोशिका संवर्धन को ठीक से बीज देने के लिए, पी. डी. एम. एस. सतह पर एक फाइब्रोनेक्टिन "ईंट की दीवार" पैटर्न तैयार करने के लिए एक सूक्ष्म संपर्क मुद्रण तकनीक का उपयोग किया गया था। एक बार जब वेंट्रिकुलर मायोसाइट्स को कार्यात्मक सब्सट्रेट पर बोया जाता है, तो फाइब्रोनेक्टिन पैटर्न उन्हें एक अनिसोट्रोपिक मोनोलेयर उत्पन्न करने के लिए उन्मुख करता है। आयताकार दांतों के साथ पतली परतों को दो पंक्तियों में काटने के बाद, और बाद में पूरे उपकरण को स्नान में रखने के बाद, इलेक्ट्रोड एक क्षेत्र-उत्तेजना के माध्यम से मायोसाइट्स के संकुचन को उत्तेजित करते हैं-इस प्रकार एम. टी. एफ. में पट्टियों/दांतों को घुमाते हैं। शोधकर्ताओं ने संकुचन चक्र के दौरान ऊतक तनाव और एम. टी. एफ. पट्टियों की वक्रता की त्रिज्या के बीच एक सहसंबंध विकसित किया है, जो प्रदर्शित चिप को "तनाव, इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी और सेलुलर वास्तुकला की मात्रा के लिए मंच" के रूप में मान्य करता है। जबकि शोधकर्ताओं ने 2डी कोशिका संवर्धनों पर ध्यान केंद्रित किया है, 3डी कोशिका निर्माण इन विवो वातावरण और मानव शरीर में होने वाली बातचीत (जैसे, कोशिका से कोशिका) की नकल करते हैं। इसलिए, उन्हें विष विज्ञान और दवाओं के प्रति प्रतिक्रिया जैसे अध्ययनों के लिए आशाजनक मॉडल माना जाता है। चेन और अन्य के अध्ययन के आधार पर, वाल्वुलर एंडोथेलियल/इंटरस्टिशियल कोशिकाओं (वी. ई. सी./वी. आई. सी.) की अंतःक्रियाओं का अध्ययन एक 3डी पी. डी. एम. एस.-ग्लास माइक्रोफ्लुइडिक उपकरण के माध्यम से किया जाता है, जिसमें शीयर तनाव के तहत वी. ई. सी. के साथ एक शीर्ष चैनल, एक समान छिद्रों वाली झिल्ली और वी. आई. सी.-हाइड्रोजेल युक्त एक निचला चैनल होता है। वी. ई. सी. को अपरूपण तनाव द्वारा प्रबलित दमन के साथ रुग्ण वी. आई. सी. मायोफिब्रोब्लास्ट के विभेदन को रोकने के लिए सत्यापित किया जाता है। एक अन्य पी. डी. एम. एस. 3डी माइक्रोफ्लुइडिक हार्ट-ऑन-ए-चिप डिजाइन को 10 प्रतिशत से 15 प्रतिशत एक अक्षीय चक्रीय यांत्रिक उपभेदों को उत्पन्न करने के लिए मापा जाता है। इस उपकरण में कार्डियक साइकिल प्रेशर सिग्नल की नकल के साथ-साथ पिंजरे के लिए लटकती पोस्ट के साथ एक सेल कल्चर और पी. डी. एम. एस. के झुकने से बचने के लिए मचान पोस्ट के साथ एक एक्चुएशन कम्पार्टमेंट होता है। इस डिजाइन द्वारा उत्तेजित नवजात चूहा सूक्ष्म-इंजीनियर हृदय ऊतक (एम. यू. ई. सी. टी.) अस्थिर नियंत्रण की तुलना में बेहतर समकालिक धड़कन, प्रसार, परिपक्वता और व्यवहार्यता दिखाते हैं। मानव प्रेरित प्लुरिपोटेंट स्टेम सेल-व्युत्पन्न कार्डियोमायोसाइट्स (एच. आई. पी. एस. सी.-सी. एम.) की संकुचन दर को ई. एस. के बिना विद्युत गति संकेत (+ ई. एस.) की तुलना में 100 गुना कम आइसोप्रेनालिन, एक हृदय अवरोध उपचार के साथ तेज करने के लिए देखा जाता है। 3डी माइक्रोफ्लुइडिक हार्ट-ऑन-ए-चिप्स ने भी हृदय रोगों के शोध में सहायता की है। उदाहरण के लिए, कार्डियक हाइपरट्रॉफी और फाइब्रोसिस का अध्ययन यांत्रिक रूप से उत्तेजित एम. यू. ई. सी. टी. के संबंधित बायोमार्कर स्तर के माध्यम से किया जाता है, जैसे कि पूर्व के लिए एट्रियल नैट्रियुरेटिक पेप्टाइड (ए. एन. पी.) और बाद के लिए परिवर्तनकारी विकास कारक-बी. ए. (टी. जी. एफ.-बी. ए.)। इसके अलावा, रक्ताल्पता का ज्ञान क्रिया संभावित टिप्पणियों द्वारा प्राप्त किया जाता है। गुर्दे की गुर्दे की कोशिकाओं और नेफ्रॉन को पहले से ही माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों द्वारा अनुकरण किया जा चुका है। "इस तरह के कोशिका संवर्धन कोशिका और अंग कार्य में नई अंतर्दृष्टि का नेतृत्व कर सकते हैं और दवा की जांच के लिए उपयोग किया जा सकता है।" किडनी-ऑन-ए-चिप उपकरण में खोए हुए किडनी कार्य के लिए कृत्रिम प्रतिस्थापन को शामिल करते हुए अनुसंधान में तेजी लाने की क्षमता होती है। आजकल, डायलिसिस के लिए रोगियों को सप्ताह में तीन बार तक क्लिनिक जाने की आवश्यकता होती है। उपचार का एक अधिक परिवहन योग्य और सुलभ रूप न केवल रोगी के समग्र स्वास्थ्य (उपचार की आवृत्ति बढ़ाने से) में वृद्धि करेगा, बल्कि पूरी प्रक्रिया अधिक कुशल और सहनीय हो जाएगी। कृत्रिम गुर्दा अनुसंधान नवीन विषयों के माध्यम से उपकरणों में परिवहन क्षमता, पहनने की क्षमता और शायद प्रत्यारोपण क्षमता लाने का प्रयास कर रहा हैः सूक्ष्म तरल पदार्थ, लघुकरण और नैनो प्रौद्योगिकी। नेफ्रॉन गुर्दे की कार्यात्मक इकाई है और एक ग्लोमेरुलस और एक ट्यूबलर घटक से बना है। एम. आई. टी. के शोधकर्ताओं ने एक जैव कृत्रिम उपकरण तैयार करने का दावा किया है जो नेफ्रॉन के ग्लोमेरुलस, समीपस्थ घुमावदार नलिका और हेनले के लूप के कार्य की प्रतिकृति बनाता है। उपकरण के प्रत्येक भाग का अपना अनूठा डिज़ाइन होता है, जिसमें आम तौर पर एक झिल्ली द्वारा अलग की गई दो सूक्ष्मनिर्मित परतें होती हैं। माइक्रोफ्लुइडिक उपकरण का एकमात्र प्रवेश रक्त के नमूने में प्रवेश करने के लिए बनाया गया है। नेफ्रॉन के ग्लोमेरुलस खंड में, झिल्ली केशिका कोशिकाओं की अपनी दीवार के माध्यम से कुछ रक्त कणों को अनुमति देती है, जो एंडोथेलियम, तहखाने की झिल्ली और उपकला पोडोसाइट्स द्वारा बनाई जाती है। केशिका रक्त से बोमन के स्थान में फ़िल्टर किए गए तरल पदार्थ को फ़िल्ट्रेट या प्राथमिक मूत्र कहा जाता है। नलिकाओं में, मूत्र निर्माण के हिस्से के रूप में कुछ पदार्थों को निस्पंदन में जोड़ा जाता है, और कुछ पदार्थ निस्पंदन से बाहर निकलकर रक्त में वापस आ जाते हैं। इन नलिकाओं का पहला खंड समीपस्थ घुमावदार नलिका है। यही वह जगह है जहाँ पोषण संबंधी महत्वपूर्ण पदार्थों का लगभग पूर्ण अवशोषण होता है। उपकरण में, यह खंड केवल एक सीधा मार्ग है, लेकिन निस्पंदन में जाने वाले रक्त कणों को पहले उल्लिखित झिल्ली और गुर्दे की समीपस्थ नलिका कोशिकाओं की एक परत को पार करना पड़ता है। नलिकाओं का दूसरा खंड हेनले का लूप है जहां मूत्र से पानी और आयनों का पुनः अवशोषण होता है। उपकरण के लूपिंग चैनल हेनले के लूप के काउंटर करंट तंत्र का अनुकरण करने का प्रयास करते हैं। इसी तरह, हेनले के लूप के लिए कई अलग-अलग प्रकार की कोशिकाओं की आवश्यकता होती है क्योंकि प्रत्येक कोशिका प्रकार में अलग-अलग परिवहन गुण और विशेषताएं होती हैं। इनमें अवरोही अंग कोशिकाएं, पतली आरोही अंग कोशिकाएं, मोटी आरोही अंग कोशिकाएं, कॉर्टिकल संग्रह नलिका कोशिकाएं और मेडुलर संग्रह नलिका कोशिकाएं शामिल हैं। शारीरिक नेफ्रॉन के पूर्ण निस्पंदन और पुनः अवशोषण व्यवहार के माइक्रोफ्लुइडिक उपकरण के अनुकरण को मान्य करने की दिशा में एक कदम में यह प्रदर्शित करना शामिल होगा कि रक्त और निस्पंदन के बीच परिवहन गुण इस संबंध में समान हैं कि वे कहाँ होते हैं और झिल्ली द्वारा क्या जाने दिया जा रहा है। उदाहरण के लिए, पानी के निष्क्रिय परिवहन का बड़ा हिस्सा समीपस्थ नलिका और अवरोही पतले अंग में होता है, या NaCl का सक्रिय परिवहन काफी हद तक समीपस्थ नलिका और मोटे आरोही अंग में होता है। उपकरण की डिजाइन आवश्यकताओं के लिए ग्लोमेरुलस में निस्पंदन अंश 15-20% के बीच भिन्न होना चाहिए, या समीपस्थ जटिल नलिका में निस्पंदन पुनः अवशोषण 65-70% के बीच भिन्न होना चाहिए, और अंत में मूत्र में युरिया की सांद्रता (उपकरण के दो निर्गमों में से एक पर एकत्र की गई) 200-400 mM के बीच भिन्न होनी चाहिए। हाल की एक रिपोर्ट निष्क्रिय प्रसार के कार्य को स्थापित करने के साथ हाइड्रोजेल माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों पर एक बायोमिमिक नेफ्रॉन को दर्शाती है। नेफ्रॉन का जटिल शारीरिक कार्य वाहिकाओं और नलिकाओं (दोनों खोखले चैनल हैं) के बीच बातचीत के आधार पर प्राप्त किया जाता है। हालांकि, पारंपरिक प्रयोगशाला तकनीकें आमतौर पर 2डी संरचनाओं पर ध्यान केंद्रित करती हैं, जैसे कि पेट्री-डिश जिसमें 3डी में होने वाले वास्तविक शरीर विज्ञान को फिर से तैयार करने की क्षमता का अभाव होता है। इसलिए, लेखकों ने 3डी हाइड्रोजेल के अंदर कार्यात्मक, सेल-लाइनिंग और परफ्यूजेबल माइक्रो चैनलों को बनाने के लिए एक नई विधि विकसित की। वाहिका एंडोथेलियल और गुर्दे के उपकला कोशिकाओं को हाइड्रोजेल माइक्रो चैनल के अंदर संवर्धित किया जाता है और क्रमशः वाहिकाओं और नलिकाओं की नकल करने के लिए सेलुलर कवरेज बनाते हैं। उन्होंने हाइड्रोजेल में वाहिकाओं और नलिकाओं के बीच एक छोटे कार्बनिक अणु (आमतौर पर दवाओं) के निष्क्रिय प्रसार की जांच करने के लिए कॉन्फोकल माइक्रोस्कोप का उपयोग किया। अध्ययन पुनर्योजी चिकित्सा और दवा जांच के लिए गुर्दे के शरीर विज्ञान की नकल करने की लाभकारी क्षमता को प्रदर्शित करता है। यकृत चयापचय का एक प्रमुख अंग है, और यह ग्लाइकोजन भंडारण, लाल रक्त कोशिकाओं के अपघटन, कुछ प्रोटीन और हार्मोन संश्लेषण और विषहरण से संबंधित है। इन कार्यों के भीतर, नई दवा के विकास और नैदानिक परीक्षणों के लिए इसकी विषहरण प्रतिक्रिया आवश्यक है। इसके अलावा, अपने बहु-कार्यों के कारण, यकृत कई बीमारियों से ग्रस्त है, और यकृत रोग एक वैश्विक चुनौती बन गए हैं। लीवर-ऑन-ए-चिप उपकरण जटिल यकृत लोब्युल्स की नकल करके यकृत प्रणाली का अनुकरण करने के लिए माइक्रोफ्लुइडिक तकनीकों का उपयोग करते हैं जिसमें यकृत कार्य शामिल होते हैं। लीवर-ऑन-ए-चिप उपकरण शोधकर्ताओं को अपेक्षाकृत कम लागत के साथ यकृत की शिथिलता और रोगजनन पर काम करने में मदद करने के लिए एक अच्छा मॉडल प्रदान करते हैं। शोधकर्ता प्राथमिक चूहा हेपेटोसाइट्स और अन्य गैर-पैरेन्काइमल कोशिकाओं का उपयोग करते हैं। इस कोकल्चर विधि का व्यापक रूप से अध्ययन किया जाता है और यह हेपेटोसाइट्स के जीवित रहने के समय के विस्तार और यकृत-विशिष्ट कार्यों के प्रदर्शन का समर्थन करने के लिए फायदेमंद साबित होती है। कई लीवर-ऑन-ए-चिप सिस्टम विशिष्ट डिजाइन और उद्देश्य के आधार पर कई चैनलों और कक्षों के साथ पॉली (डाइमिथाइलसिलोक्सेन) (पी. डी. एम. एस.) से बने होते हैं। पी. डी. एम. एस. का उपयोग किया जाता है और यह लोकप्रिय हो गया है क्योंकि इसमें कच्चे माल की कीमत अपेक्षाकृत कम है, और इसे आसानी से माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों के लिए भी ढाला जाता है। लेकिन पी. डी. एम. एस. प्रोटीन और हार्मोन सहित महत्वपूर्ण संकेत अणुओं को अवशोषित कर सकता है। अन्य निष्क्रिय सामग्री जैसे पॉलीसल्फोन या पॉली कार्बोनेट का उपयोग लीवर-चिप में किया जाता है। एमुलेट शोधकर्ताओं द्वारा किए गए एक अध्ययन ने दवा-प्रेरित यकृत की चोट की भविष्यवाणी करते हुए यकृत-चिप का उपयोग करने के लाभों का आकलन किया जो दवा विकास कार्यप्रवाह/पाइपलाइनों में आवश्यक उच्च लागत और समय को कम कर सकता है, जिसे कभी-कभी दवा उद्योग के "उत्पादकता संकट" के रूप में वर्णित किया जाता है। ज़हर नाहले ने बाद में 12 कारणों को रेखांकित किया कि क्यों अंग-चिप जैसी सूक्ष्म-शारीरिक प्रणालियाँ (एम. पी. एस.) मानव रोगों के प्रतिरूपण में बेहतर हैं। केन एट अल से एक डिजाइन। सूक्ष्म तरल कुओं के 8 * 8 तत्व सरणी में प्राथमिक चूहे हेपेटोसाइट्स और 3T3-J2 फाइब्रोब्लास्ट को कोकल्चर करता है। प्रत्येक कुएँ को दो कक्षों में विभाजित किया गया है। प्राथमिक कक्ष में चूहा हेपेटोसाइट्स और 3टी3-जे2 फाइब्रोब्लास्ट होते हैं और यह कोशिकाओं के आसंजन के लिए कांच से बना होता है। प्रत्येक प्राथमिक कक्ष एक माइक्रोफ्लुइडिक नेटवर्क से जुड़ा होता है जो चयापचय सब्सट्रेट की आपूर्ति करता है और चयापचय उपोत्पाद को हटा देता है। पी. डी. एम. एस. की एक 100 माइक्रोन मोटी झिल्ली प्राथमिक और द्वितीयक कक्ष को अलग करती है, जिससे द्वितीयक कक्ष को एक अन्य माइक्रोफ्लुइडिक नेटवर्क से जोड़ा जा सकता है जो 37 डिग्री सेल्सियस कमरे की हवा को 10 प्रतिशत कार्बन डाइऑक्साइड के साथ सुगंधित करता है, और चूहे हेपेटोसाइट्स के लिए वायु विनिमय का उत्पादन करता है। युरिया और स्थिर-अवस्था प्रोटीन का उत्पादन उच्च-प्रवाह विषाक्तता अध्ययनों में उपयोग के लिए इस उपकरण की व्यवहार्यता को साबित करता है। कांग एट अल का एक और डिज़ाइन। कोकल्चर प्राथमिक चूहा हेपेटोसाइट्स और एंडोथेलियल कोशिकाओं को संवर्धित करता है। पहले एक एकल चैनल बनाया जाता है। हेपेटोसाइट्स और एंडोथेलियल कोशिकाओं को फिर उपकरण पर लगाया जाता है और बीच में एक पतली मैट्रिगल परत द्वारा अलग किया जाता है। चयापचय सब्सट्रेट और चयापचय उपोत्पाद इस चैनल को आपूर्ति या हटाने के लिए साझा करते हैं। बाद में, एक दोहरा चैनल बनाया जाता है, और एंडोथेलियल कोशिकाओं और हेपेटोसाइट्स कोशिकाओं के पास सब्सट्रेट की आपूर्ति करने या उपोत्पाद को हटाने के लिए अपने स्वयं के चैनल होते हैं। यूरिया का उत्पादन और हेपेटाइटिस बी वायरस (एच. बी. वी.) प्रतिकृति परीक्षण पर सकारात्मक परिणाम हेपेटोट्रोपिक वायरस का अध्ययन करने की इसकी क्षमता को दर्शाता है। लीवर-ऑन-ए-चिप पर कुछ अन्य अनुप्रयोग हैं। लू और अन्य। एक लीवर ट्यूमर-ऑन-ए-चिप मॉडल विकसित किया। डिसेल्युलराइज्ड लिवर मैट्रिक्स (डी. एल. एम.)-जिलेटिन मेथाक्रिलॉयल (जी. एल. एम. ए.)-आधारित बायोमिमेटिक लिवर ट्यूमर-ऑन-ए-चिप आगे के ट्यूमर-रोधी अध्ययनों के लिए एक उपयुक्त डिजाइन साबित हुआ। झोउ एट अल। हेपेटोसाइट्स और सिग्नलिंग और रिकवरी पर अल्कोहल चोटों का विश्लेषण किया। लीवर-ऑन-ए-चिप ने लीवर से संबंधित अनुसंधान के लिए अपनी बड़ी क्षमता दिखाई है। लीवर-ऑन-ए-चिप उपकरणों के लिए भविष्य के लक्ष्य एक अधिक यथार्थवादी यकृत वातावरण को फिर से तैयार करने पर ध्यान केंद्रित करते हैं, जिसमें तरल पदार्थों में अभिकर्मक, कोशिका प्रकार, जीवित रहने का समय बढ़ाना आदि शामिल हैं। प्रोस्टेट उपकला का प्रोस्टेट रिक्रिएशन कैंसर मेटास्टेसिस में न्यूक्लिएशन का स्थान होने का सुझाव देने वाले साक्ष्य से प्रेरित है। ये प्रणालियाँ अनिवार्य रूप से चूहों से दो और बाद में त्रि-आयामी मानव कोशिका संवर्धन में संवर्धित कोशिकाओं के विकास में अगले चरण के रूप में कार्य करती हैं। पी. डी. एम. एस. के विकास ने माइक्रोफ्लुइडिक प्रणालियों के निर्माण को सक्षम बनाया है जो समायोज्य स्थलाकृति, गैस और तरल विनिमय के साथ-साथ पारंपरिक सूक्ष्मदर्शी के माध्यम से अवलोकन में आसानी प्रदान करते हैं। ग्रेनोबल आल्प्स विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक ऐसी कार्यप्रणाली की रूपरेखा तैयार की है जो एक व्यवहार्य प्रोस्टेट उपकला मॉडल के निर्माण के प्रयास में इस तरह की सूक्ष्म तरल प्रणाली का उपयोग करती है। यह दृष्टिकोण एक बेलनाकार सूक्ष्म चैनल विन्यास पर केंद्रित है, जो एक मानव स्रावी नलिका की आकृति विज्ञान की नकल करता है, जिसके भीतर उपकला स्थित होती है। कोशिका संवर्धन के सफल संवर्धन के लिए विभिन्न सूक्ष्म चैनल व्यासों का मूल्यांकन किया गया और यह देखा गया कि 150-400 माइक्रोन के व्यास सबसे सफल थे। इसके अलावा, सूक्ष्म तरल धाराओं में भिन्नताओं के माध्यम से शारीरिक तनाव की शुरुआत के बावजूद, इस पूरे प्रयोग के दौरान कोशिकीय आसंजन बना रहा। इन निर्माणों का उद्देश्य सूक्ष्म पर्यावरणीय परिवर्तनों के लिए कोशिकीय प्रतिक्रियाओं को मापने के साथ-साथ प्रोस्टेटिक तरल पदार्थ के संग्रह को सुविधाजनक बनाना है। इसके अतिरिक्त, प्रोस्टेट-ऑन-ए-चिप मेटास्टेसिस परिदृश्यों के मनोरंजन को सक्षम बनाता है, जो दवा उम्मीदवारों और अन्य चिकित्सीय दृष्टिकोणों के मूल्यांकन की अनुमति देता है। इस विधि की मापनीयता शोधकर्ताओं के लिए भी आकर्षक है, क्योंकि पुनः प्रयोज्य मोल्ड दृष्टिकोण उत्पादन की कम लागत सुनिश्चित करता है। रक्त वाहिका हृदय रोग अक्सर छोटी रक्त वाहिकाओं की संरचना और कार्य में परिवर्तन के कारण होते हैं। उदाहरण के लिए, राष्ट्रीय स्वास्थ्य और पोषण परीक्षा सर्वेक्षण की 2003 की एक रिपोर्ट में कहा गया है कि उच्च रक्तचाप की स्व-रिपोर्ट दर से पता चलता है कि दर बढ़ रही है। एक धमनी की जैविक प्रतिक्रिया का अनुकरण करने वाला एक माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफॉर्म न केवल एक दवा विकास परीक्षण के दौरान अंग-आधारित स्क्रीन को अधिक बार होने में सक्षम बना सकता है, बल्कि छोटी धमनियों में रोगजनक परिवर्तनों के पीछे अंतर्निहित तंत्र की एक व्यापक समझ भी दे सकता है और बेहतर उपचार रणनीतियों को विकसित कर सकता है। टोरंटो विश्वविद्यालय के एक्सेल गुंथर का तर्क है कि इस तरह के एमईएमएस-आधारित उपकरण संभावित रूप से नैदानिक सेटिंग (व्यक्तिगत दवा) में रोगी की सूक्ष्म संवहनी स्थिति के मूल्यांकन में मदद कर सकते हैं। पृथक प्रतिरोध वाहिकाओं (धमनियों और 30 माइक्रोन और 300 माइक्रोन के बीच भिन्न व्यास वाली छोटी धमनियों) के आंतरिक गुणों की जांच करने के लिए उपयोग की जाने वाली पारंपरिक विधियों में प्रेशर मायोग्राफी तकनीक शामिल है। हालांकि, इस तरह के तरीकों के लिए वर्तमान में हाथ से कुशल कर्मियों की आवश्यकता होती है और ये मापने योग्य नहीं हैं। एक धमनी-ऑन-ए-चिप एक प्लेटफ़ॉर्म पर एक धमनी को समायोजित करके इनमें से कई सीमाओं को दूर कर सकती है जो स्केलेबल, सस्ती और संभवतः इसके निर्माण में स्वचालित होगी। एक अंग-आधारित माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफॉर्म को एक लैब-ऑन-ए-चिप के रूप में विकसित किया गया है जिस पर एक नाजुक रक्त वाहिका को ठीक किया जा सकता है, जिससे प्रतिरोध धमनी की खराबी के निर्धारकों का अध्ययन किया जा सकता है। धमनी सूक्ष्म पर्यावरण को आसपास के तापमान, ट्रांसम्यूरल दबाव और ल्युमिनल और एब्ल्यूमिनल दवा सांद्रता द्वारा चिह्नित किया जाता है। एक सूक्ष्म वातावरण से कई निवेश चिकनी मांसपेशी कोशिकाओं (एस. एम. सी.) और एंडोथेलियल कोशिकाओं (ई. सी.) पर यांत्रिक या रासायनिक उत्तेजनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला का कारण बनते हैं जो क्रमशः पोत की बाहरी और चमकदार दीवारों को रेखा देते हैं। एंडोथेलियल कोशिकाएं वैसोकंस्ट्रिकशन और वैसोडिलेटर कारकों को जारी करने के लिए जिम्मेदार होती हैं, इस प्रकार स्वर को संशोधित करती हैं। संवहनी स्वर को रक्त वाहिका के भीतर उसके अधिकतम व्यास के सापेक्ष संकुचन की डिग्री के रूप में परिभाषित किया जाता है। रोगजनक अवधारणाओं का वर्तमान में मानना है कि इस सूक्ष्म वातावरण में सूक्ष्म परिवर्तनों का धमनी स्वर पर स्पष्ट प्रभाव पड़ता है और यह परिधीय संवहनी प्रतिरोध को गंभीर रूप से बदल सकता है। इस डिजाइन के पीछे इंजीनियरों का मानना है कि एक विशिष्ट ताकत सूक्ष्म पर्यावरण के भीतर पाए जाने वाले विषम स्थानिक प्रभावों को नियंत्रित करने और अनुकरण करने की इसकी क्षमता में निहित है, जबकि मायोग्राफी प्रोटोकॉल में, उनके डिजाइन के आधार पर, केवल स्थापित सजातीय सूक्ष्म वातावरण हैं। उन्होंने साबित किया कि बाहरी दीवारों को सुपरफ्यूजन प्रदान करने वाले दो चैनलों में से केवल एक के माध्यम से फेनिलेफ्रिन वितरित करके, दवा का सामना करने वाला पक्ष दवा के विरोधी पक्ष की तुलना में बहुत अधिक संकुचित हो गया। धमनी-ऑन-ए-चिप को नमूने के प्रतिवर्ती प्रत्यारोपण के लिए डिज़ाइन किया गया है। इस उपकरण में एक माइक्रो चैनल नेटवर्क, एक धमनी लोडिंग क्षेत्र और एक अलग धमनी निरीक्षण क्षेत्र होता है। धमनी खंड को लोड करने के लिए एक माइक्रो चैनल का उपयोग किया जाता है, और जब लोडिंग वेल को सील कर दिया जाता है, तो इसका उपयोग जैविक ऊतक में एक केशिका बिस्तर में धमनी रक्त के पौष्टिक वितरण की प्रक्रिया को दोहराने के लिए एक परफ्यूजन चैनल के रूप में भी किया जाता है। माइक्रो चैनलों की एक और जोड़ी धमनी खंड के दो सिरों को ठीक करने का काम करती है। अंत में, सूक्ष्म चैनलों की अंतिम जोड़ी का उपयोग सुपरफ्यूजन प्रवाह दर प्रदान करने के लिए किया जाता है, ताकि प्रदीपन दीवार पर एक निरंतर निरंतर माध्यम प्रदान करके अंग की शारीरिक और चयापचय गतिविधि को बनाए रखा जा सके। एक थर्मोइलेक्ट्रिक हीटर और एक थर्मोरेसिस्टर चिप से जुड़े होते हैं और धमनी निरीक्षण क्षेत्र में शारीरिक तापमान बनाए रखते हैं। ऊतक के नमूने को निरीक्षण क्षेत्र में लोड करने और सुरक्षित करने का प्रोटोकॉल यह समझने में मदद करता है कि यह दृष्टिकोण पूरे अंग के कार्यों को कैसे स्वीकार करता है। ऊतक खंड को लोडिंग वेल में डुबोने के बाद, लोडिंग प्रक्रिया को एक सिरिंज द्वारा संचालित किया जाता है जो लोडिंग चैनल के दूर के छोर पर बफर घोल की निरंतर प्रवाह दर को वापस लेता है। यह धमनी को अपनी समर्पित स्थिति की ओर ले जाता है। यह बंद फिक्सेशन और/आउटलेट लाइनों में सुपरफ्यूजन के साथ किया जाता है। पंप को रोकने के बाद, स्थिरीकरण चैनलों में से एक के माध्यम से उप-वायुमंडलीय दबाव लगाया जाता है। फिर लोडिंग वेल को बंद करने के बाद, दूसरे फिक्सेशन चैनल को उप-वायुमंडलीय दबाव के अधीन किया जाता है। अब धमनी निरीक्षण क्षेत्र में सममित रूप से स्थापित है, और खंड द्वारा एक ट्रांसम्यूरल दबाव महसूस किया जाता है। शेष चैनलों को खोला जाता है और निरंतर परफ्यूजन और सुपरफ्यूजन को अलग-अलग सिरिंज पंपों का उपयोग करके समायोजित किया जाता है। कई रोग प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए वेसल-ऑन-चिप्स का उपयोग किया गया है। उदाहरण के लिए, अलीरेज़ा माशागी और उनके सहकर्मियों ने वायरल हेमोरेजिक सिंड्रोम का अध्ययन करने के लिए एक मॉडल विकसित किया, जिसमें वायरस से प्रेरित संवहनी अखंडता का नुकसान शामिल है। मॉडल का उपयोग इबोला वायरस रोग का अध्ययन करने और एंटी-इबोला दवाओं का अध्ययन करने के लिए किया गया था। 2021 में, इस दृष्टिकोण को मॉडल लस्सा बुखार और लस्सा वायरस रोग के लिए पेप्टाइड एफएक्स-06 के चिकित्सीय प्रभावों को दिखाने के लिए अनुकूलित किया गया है। त्वचा मानव त्वचा कई रोगजनकों के खिलाफ रक्षा की पहली पंक्ति है और स्वयं विभिन्न प्रकार की बीमारियों और मुद्दों के अधीन हो सकती है, जैसे कि कैंसर और सूजन। जैसे, स्किन-ऑन-ए-चिप (एस. ओ. सी.) अनुप्रयोगों में सामयिक फार्मास्यूटिकल्स और सौंदर्य प्रसाधनों का परीक्षण, त्वचा रोगों और सूजन की विकृति का अध्ययन, और एंटीजन या एंटीबॉडी की उपस्थिति का परीक्षण करने के लिए "गैर-इनवेसिव स्वचालित सेलुलर परख बनाना" शामिल है जो एक रोगजनक की उपस्थिति को दर्शाता है। संभावित अनुप्रयोगों की विस्तृत विविधता के बावजूद, फेफड़ों और गुर्दों जैसे कई अन्य अंगों की तुलना में त्वचा पर चिप विकसित करने के लिए अपेक्षाकृत कम शोध किया गया है। सूक्ष्म चैनलों से कोलेजन मचान का अलग होना, अपूर्ण कोशिकीय विभेदन, और उपकरण निर्माण के लिए पॉली (डाइमिथिसिलॉक्सेन) (पी. डी. एम. एस.) का प्रमुख उपयोग, जो जैविक नमूनों में रसायनों को रिसाने के लिए दिखाया गया है और एक मंच के बड़े पैमाने पर उत्पादित स्टैमी मानकीकरण नहीं हो सकता है। एक अतिरिक्त कठिनाई कोशिका-संवर्धन मचान की परिवर्तनशीलता है, या आधार पदार्थ जिसमें संवर्धन कोशिकाओं का उपयोग त्वचा-पर-चिप उपकरणों में किया जाता है। मानव शरीर में, इस पदार्थ को बाह्य कोशिकीय मैट्रिक्स के रूप में जाना जाता है। बाह्य कोशिकीय मैट्रिक्स (ईसीएम) मुख्य रूप से कोलेजन से बना है, और एसओसी मॉडल में विभिन्न कोलेजन-आधारित मचान का परीक्षण किया गया है। फाइब्रोब्लास्ट के संकुचन के कारण संवर्धन के दौरान कोलेजन माइक्रोफ्लुइडिक रीढ़ से अलग हो जाता है। एक अध्ययन ने तीन अलग-अलग पशु स्रोतों से कोलेजन मचान के गुणों की तुलना करके इस समस्या का समाधान करने का प्रयास कियाः सुअर की त्वचा, चूहे की पूंछ और बतख के पैर। अन्य अध्ययनों को भी संकुचन के कारण अलगाव के मुद्दों का सामना करना पड़ा, जो इस बात पर विचार करते हुए समस्याग्रस्त हो सकता है कि पूर्ण त्वचा विभेदन की प्रक्रिया में कई सप्ताह तक का समय लग सकता है। कोलेजन मचान को फाइब्रिन-आधारित त्वचीय मैट्रिक्स से बदलकर संकुचन के मुद्दों से बचा गया है, जो संकुचित नहीं हुआ था। माइक्रोफ्लुइडिक कल्चर में पारंपरिक स्थिर कल्चर की तुलना में अधिक अंतर और कोशिका परतों के गठन की भी सूचना दी गई थी, जो गतिशील परफ्यूजन के कारण बेहतर कोशिका-कोशिका और कोशिका-मैट्रिक्स अंतःक्रियाओं के पहले के निष्कर्षों से सहमत थे, या निरंतर मीडिया प्रवाह के दबाव के कारण अंतरालीय स्थानों के माध्यम से पारगमन में वृद्धि हुई थी। इस बेहतर विभेदन और विकास को आंशिक रूप से द्रव प्रवाह के कारण एक माइक्रो चैनल के साथ दबाव प्रवणता द्वारा बनाए गए अपरूपण तनाव का एक उत्पाद माना जाता है, जो माध्यम से सीधे निकट नहीं होने वाली कोशिकाओं को पोषक तत्वों की आपूर्ति में भी सुधार कर सकता है। स्थिर संस्कृतियों में, पारंपरिक त्वचा समकक्षों में उपयोग किए जाने वाले, कोशिकाएं केवल प्रसार के माध्यम से माध्यम में पोषक तत्व प्राप्त करती हैं, जबकि गतिशील परफ्यूजन अंतरालीय स्थानों, या कोशिकाओं के बीच अंतराल के माध्यम से पोषक प्रवाह में सुधार कर सकता है। इस परफ्यूजन को एपिडर्मिस की सख्त बाहरी परत, स्ट्रैटम कॉर्नियम के तंग जंक्शन गठन में सुधार करने के लिए भी प्रदर्शित किया गया है, जो त्वचा की सतह परत के प्रवेश के लिए मुख्य बाधा है। गतिशील परफ्यूजन कोशिका व्यवहार्यता में भी सुधार कर सकता है, जो एक माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफॉर्म में एक वाणिज्यिक त्वचा के बराबर रखकर प्रदर्शित किया जाता है जिसने अपेक्षित जीवनकाल को कई हफ्तों तक बढ़ा दिया। इस प्रारंभिक अध्ययन ने त्वचा के समकक्ष मॉडल में बालों के रोम के महत्व को भी प्रदर्शित किया। बालों के रोम त्वचा की सतह पर लागू सामयिक क्रीम और अन्य पदार्थों के लिए त्वचा के नीचे की परत में प्राथमिक मार्ग हैं, एक ऐसी विशेषता जिसके लिए हाल के अध्ययनों में अक्सर ध्यान नहीं दिया गया है। एक अध्ययन ने एडीमा, बाह्य कोशिकीय द्रव संचय के कारण सूजन, संक्रमण या चोट के लिए एक सामान्य प्रतिक्रिया और कोशिकीय मरम्मत के लिए एक आवश्यक कदम का अध्ययन करने के लिए तीन परतों, एपिडर्मिस, डर्मिस और एंडोथेलियल परत से युक्त एक एस. ओ. सी. विकसित किया, जो छिद्रपूर्ण झिल्ली द्वारा अलग किया गया था। यह प्रदर्शित किया गया कि एंटी-इंफ्लेमेटरी गुणों वाली एक स्टेरॉयडल क्रीम, डेक्स के पूर्व-अनुप्रयोग ने एस. ओ. सी. में इस सूजन को कम कर दिया। एंडोमेट्रियम को प्रत्यारोपण और गर्भावस्था के अन्य चरणों में इसकी भूमिका के लिए मॉडल किया गया है। ह्यूमन-ऑन-ए-चिप शोधकर्ता एक बहु-चैनल 3डी माइक्रोफ्लुइडिक सेल कल्चर प्रणाली के निर्माण की दिशा में काम कर रहे हैं जो सूक्ष्म वातावरण को विभाजित करता है जिसमें 3डी सेलुलर समुच्चय को शरीर में कई अंगों की नकल करने के लिए संवर्धित किया जाता है। अधिकांश ऑर्गन-ऑन-ए-चिप मॉडल आज केवल एक प्रकार की कोशिका का संवर्धन करते हैं, इसलिए भले ही वे पूरे अंग के कार्यों का अध्ययन करने के लिए वैध मॉडल हो सकते हैं, मानव शरीर पर एक दवा के प्रणालीगत प्रभाव की पुष्टि नहीं की गई है। विशेष रूप से, एक एकीकृत कोशिका संवर्धन एनालॉग (एम. यू. सी. सी. ए.) विकसित किया गया था और इसमें फेफड़ों की कोशिकाएं, दवा-चयापचय यकृत और वसा कोशिकाएं शामिल थीं। कोशिकाओं को रक्त सरोगेट के रूप में परिसंचारी संस्कृति माध्यम के साथ 2डी तरल नेटवर्क में जोड़ा गया था, इस प्रकार कुशलता से एक पोषण वितरण परिवहन प्रणाली प्रदान करते हुए, साथ ही कोशिकाओं से अपशिष्ट को हटा दिया गया था। सी. झांग एट अल का दावा है, "एम. यू. सी. सी. ए. के विकास ने एक यथार्थवादी इन विट्रो फार्माकोकाइनेटिक मॉडल की नींव रखी और इन विवो स्थितियों में उच्च निष्ठा के साथ कई प्रकार की कोशिकाओं के संवर्धन के लिए एक एकीकृत बायोमिमेटिक प्रणाली प्रदान की।" उन्होंने एक माइक्रोफ्लुइडिक मानव-पर-एक-चिप विकसित किया है, जो चार अलग-अलग प्रकार की कोशिकाओं को चार मानव अंगों की नकल करने के लिए संवर्धित करता हैः यकृत, फेफड़े, गुर्दे और वसा। उन्होंने एक मानक सीरम-मुक्त संवर्धन माध्यम विकसित करने पर ध्यान केंद्रित किया जो उपकरण में शामिल सभी प्रकार की कोशिकाओं के लिए मूल्यवान होगा। अनुकूलित मानक मीडिया को आम तौर पर एक विशिष्ट कोशिका-प्रकार के लिए लक्षित किया जाता है, जबकि एक मानव-पर-एक-चिप को स्पष्ट रूप से एक सामान्य माध्यम (सीएम) की आवश्यकता होगी। वास्तव में, वे एक कोशिका संवर्धन सीएम की पहचान करने का दावा करते हैं, जिसका उपयोग जब माइक्रोफ्लुइडिक उपकरण में सभी कोशिका संवर्धनों को परिपूर्ण करने के लिए किया जाता है, तो कोशिकाओं के कार्यात्मक स्तर को बनाए रखता है। इन विट्रो संवर्धित कोशिकाओं की संवेदनशीलता को बढ़ाना उपकरण की वैधता सुनिश्चित करता है, या यह कि माइक्रो चैनलों में इंजेक्ट की गई कोई भी दवा मनुष्यों में पूरे अंगों के रूप में नमूना कोशिकाओं से एक समान शारीरिक और चयापचय प्रतिक्रिया को प्रोत्साहित करेगी। एक मानव-पर-एक-चिप डिजाइन जो एक एकल तरल एक्चुएटर का उपयोग करके कई ऊतकों में माइक्रोफ्लुइडिक परिवहन को ट्यूनिंग करने की अनुमति देता है, यकृत और अग्नाशय के ऊतकों का उपयोग करके प्रीडायबिटिक हाइपरग्लाइसेमिया के मॉडलिंग के लिए डिज़ाइन और मूल्यांकन किया गया था। इस प्रकार के चिप्स के अधिक व्यापक विकास के साथ, दवा कंपनियां संभावित रूप से एक अंग की दूसरे पर प्रतिक्रिया के प्रत्यक्ष प्रभावों को मापने में सक्षम होंगी। उदाहरण के लिए, जैव रासायनिक पदार्थों के वितरण की यह पुष्टि करने के लिए जांच की जाएगी कि भले ही यह एक कोशिका प्रकार को लाभान्वित कर सकता है, लेकिन यह दूसरों के कार्यों से समझौता नहीं करता है। इन अंगों को 3डी प्रिंटर से प्रिंट करना शायद पहले से ही संभव है, लेकिन लागत बहुत अधिक है। पूरे शरीर के बायोमिमेटिक उपकरणों को डिजाइन करना एक प्रमुख आरक्षण को संबोधित करता है जो दवा कंपनियों के पास अंगों-ऑन-चिप, अर्थात् अंगों के अलगाव के प्रति है। जैसे-जैसे ये उपकरण अधिक से अधिक सुलभ होते जाते हैं, डिजाइन की जटिलता तेजी से बढ़ती जाती है। प्रणालियों को जल्द ही एक साथ परिसंचरण प्रणाली के माध्यम से यांत्रिक गड़बड़ी और तरल प्रवाह प्रदान करना होगा। मिशिगन विश्वविद्यालय के ताकायामा कहते हैं, "कुछ भी जिसे केवल स्थिर नियंत्रण के बजाय गतिशील नियंत्रण की आवश्यकता होती है, वह एक चुनौती है।" इस चुनौती से एम. आई. टी. की ऊतक अभियांत्रिकी लिंडा ग्रिफ़िथ समूह द्वारा आंशिक रूप से निपटा गया है। एक जटिल मल्टी-ऑर्गन-ऑन-ए-चिप विकसित किया गया था जिसमें 4,7 या 10 अंग तरल नियंत्रण के माध्यम से आपस में जुड़े हुए थे। प्रणाली इन अंगों के कार्य को हफ्तों तक बनाए रखने में सक्षम है। पशु परीक्षण को बदलना दवा विकास के प्रारंभिक चरण में, पशु मॉडल इन विवो डेटा प्राप्त करने का एकमात्र तरीका था जो मानव फार्माकोकाइनेटिक प्रतिक्रियाओं की भविष्यवाणी करेगा। हालाँकि, जानवरों पर प्रयोग लंबे, महंगे और विवादास्पद हैं। उदाहरण के लिए, पशु मॉडल अक्सर यांत्रिक या रासायनिक तकनीकों के अधीन होते हैं जो मानव चोटों का अनुकरण करते हैं। क्रॉस-स्पीशीज एक्सट्रापोलेशन में कमी के कारण ऐसे पशु मॉडल की वैधता के संबंध में भी चिंताएं हैं। इसके अलावा, पशु मॉडल अलग-अलग चर पर बहुत सीमित नियंत्रण प्रदान करते हैं और विशिष्ट जानकारी प्राप्त करना बोझिल हो सकता है। इसलिए, इन विट्रो मॉडल में मनुष्य की शारीरिक प्रतिक्रियाओं की नकल करने के लिए अधिक किफायती बनाने की आवश्यकता है, और जैविक प्रयोगों में सेलुलर स्तर नियंत्रण प्रदान करने की आवश्यकता हैः बायोमिमेटिक माइक्रोफ्लुइडिक सिस्टम पशु परीक्षण की जगह ले सकते हैं। एम. ई. एम. एस. आधारित बायोचिप्स का विकास जो जटिल अंग-स्तर की रोगजनक प्रतिक्रियाओं को पुनः उत्पन्न करता है, विष विज्ञान और पशु परीक्षण और नैदानिक परीक्षणों पर निर्भर फार्मास्यूटिकल्स और सौंदर्य प्रसाधनों की विकासात्मक प्रक्रिया सहित कई क्षेत्रों में क्रांति ला सकता है। हाल ही में, विवो कोशिका वातावरण के करीब कोशिका संवर्धन वातावरण प्रदान करने के लिए शारीरिक रूप से आधारित परफ्यूजन इन विट्रो सिस्टम विकसित किए गए हैं। बहु-विभागीय सुगंधित प्रणालियों पर आधारित एक नए परीक्षण प्लेटफार्मों ने फार्माकोलॉजी और टॉक्सिकोलॉजी में उल्लेखनीय रुचि प्राप्त की है। इसका उद्देश्य विवो तंत्र या ए. डी. एम. ई. प्रक्रियाओं में अधिक विश्वसनीय रूप से प्रजनन करने के लिए इन विवो स्थिति के करीब एक कोशिका संवर्धन वातावरण प्रदान करना है जिसमें इसका अवशोषण, वितरण, चयापचय और उन्मूलन शामिल है। काइनेटिक मॉडलिंग के साथ संयुक्त परफ्यूज्ड इन विट्रो सिस्टम ज़ेनोबायोटिक्स के टॉक्सिकोकाइनेटिक्स में शामिल विभिन्न प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए आशाजनक उपकरण हैं। सूक्ष्म मनगढ़ंत कोशिका संवर्धन प्रणालियों के विकास की दिशा में किए गए प्रयास जिनका उद्देश्य ऐसे मॉडल बनाना है जो मानव शरीर के पहलुओं को यथासंभव बारीकी से दोहराते हैं और ऐसे उदाहरण देते हैं जो दवा के विकास में उनके संभावित उपयोग को प्रदर्शित करते हैं, जैसे कि सहक्रियात्मक दवा बातचीत की पहचान करने के साथ-साथ बहु-अंग चयापचय बातचीत का अनुकरण करना। मल्टी कम्पार्टमेंट माइक्रो फ्लुइडिक-आधारित उपकरण, विशेष रूप से वे जो शारीरिक रूप से आधारित फार्माकोकाइनेटिक (पी. बी. पी. के.) मॉडल के भौतिक प्रतिनिधित्व हैं जो स्तनधारी शरीर के कंपार्टमेंटल मॉडल में यौगिकों के बड़े पैमाने पर हस्तांतरण का प्रतिनिधित्व करते हैं, दवा विकास प्रक्रिया में सुधार करने में योगदान कर सकते हैं। कुछ उभरती प्रौद्योगिकियों में मिश्रित कोशिका प्रकारों, शरीर के विभिन्न हिस्सों की कोशिकाओं के सह-संवर्धन में कई जैविक प्रक्रियाओं को मापने की क्षमता होती है, जो विवो मॉडल में अधिक समानता प्रदान करने के लिए सुझाया जाता है। गणितीय फार्माकोकाइनेटिक (पी. के.) मॉडल का उद्देश्य प्रारंभिक दवा खुराक के आधार पर प्रत्येक अंग के भीतर एकाग्रता-समय प्रोफाइल का अनुमान लगाना है। इस तरह के गणितीय मॉडल अपेक्षाकृत सरल हो सकते हैं, शरीर को एक एकल डिब्बे के रूप में मानते हुए जिसमें दवा वितरण प्रशासन के बाद तेजी से संतुलन तक पहुंच जाता है। गणितीय मॉडल अत्यधिक सटीक हो सकते हैं जब इसमें शामिल सभी मापदंडों को जाना जाता है। पी. के. या पी. बी. पी. के. मॉडल को पी. डी. मॉडल के साथ जोड़ने वाले मॉडल किसी दवा के समय-निर्भर औषधीय प्रभावों की भविष्यवाणी कर सकते हैं। हम आजकल पी. बी. पी. के. मॉडल के साथ मनुष्यों में किसी भी रसायन के बारे में पी. के. की भविष्यवाणी कर सकते हैं, लगभग पहले सिद्धांतों से। ये मॉडल या तो बहुत सरल हो सकते हैं, जैसे सांख्यिकीय खुराक-प्रतिक्रिया मॉडल, या परिष्कृत और सिस्टम जीव विज्ञान पर आधारित, पीछा किए गए लक्ष्य और उपलब्ध डेटा के अनुसार। उन मॉडलों के लिए हमें केवल रुचि के अणु के लिए अच्छे पैरामीटर मूल्यों की आवश्यकता है। माइक्रोफ्लुइडिक सेल कल्चर सिस्टम जैसे माइक्रो सेल कल्चर एनालॉग (एम. यू. सी. सी. ए.) का उपयोग पी. बी. पी. के. मॉडल के संयोजन में किया जा सकता है। ये एम. यू. सी. सी. ए. स्केल्ड-डाउन उपकरण, जिन्हें बॉडी-ऑन-ए-चिप उपकरण भी कहा जाता है, निकट-शारीरिक द्रव प्रवाह स्थितियों और यथार्थवादी ऊतक-से-ऊतक आकार अनुपात के तहत बहु-ऊतक अंतःक्रियाओं का अनुकरण कर सकते हैं। इन प्रणालियों से प्राप्त डेटा का उपयोग यंत्रवत परिकल्पनाओं का परीक्षण करने और उन्हें परिष्कृत करने के लिए किया जा सकता है। माइक्रोफैब्रिकेटिंग उपकरण भी हमें उन्हें अनुकूलित करने और एक दूसरे के संबंध में अंगों के डिब्बों को सही ढंग से मापने की अनुमति देते हैं। चूँकि इस उपकरण का उपयोग पशु और मानव दोनों कोशिकाओं के साथ किया जा सकता है, इसलिए यह क्रॉस-प्रजाति बहिर्वेशन की सुविधा प्रदान कर सकता है। पी. बी. पी. के. मॉडल के संयोजन में उपयोग किए जाने वाले उपकरण प्रभावी सांद्रता के अनुमान की अनुमति देते हैं जिनका उपयोग पशु मॉडल के साथ अध्ययन के लिए या मानव प्रतिक्रिया की भविष्यवाणी करने के लिए किया जा सकता है। बहु-विभागीय उपकरणों के विकास में, मानव शरीर के प्रतिनिधित्व जैसे कि उपयोग किए गए पी. बी. पी. के. मॉडल का उपयोग दवा विकास प्रक्रिया को बढ़ाने के लिए कक्षों और तरल चैनल कनेक्शन की व्यवस्था के संबंध में उपकरण डिजाइन का मार्गदर्शन करने के लिए किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप नैदानिक परीक्षणों में सफलता में वृद्धि होती है। माइक्रोफिज़ियोमेट्री चिप-ऑन-चिप एमुलेट प्रिसिजन कट लंग स्लाइस भी देखें संदर्भ बाहरी लिंक यूके ऑर्गन-ऑन-ए-चिप टेक्नोलॉजीज नेटवर्क ईयू एच2020 परियोजना (ओआरसीएचआईडी) अनुदान समझौता संख्या 766884, विकास में ऑर्गन-ऑन-चिप एचडीएमटी मानव अंग और रोग मॉडल प्रौद्योगिकियांः नीदरलैंड में स्थित पूर्व-प्रतिस्पर्धी गैर-लाभकारी, ऑर्गन-ऑन-चिप अनुसंधान संघ, का उद्देश्य अनुसंधान और डेटा की खुली पहुंच का प्रसार करना है। माइक्रोफ्लुइडिक्स नैनोटेक्नोलॉजी जैव प्रौद्योगिकी ऊतक इंजीनियरिंग