体内模型存在许多局限性：较高的实验成本、有限的吞吐量、伦理问题和遗传背景的差异。更重要的是，与人类相比，它们在药物效应和/或疾病表型方面表现出巨大的生理差异，这解释了临床试验经常失败的原因。

Kirkstall Ltd.专利技术的Quasi Vivo®器官芯片微生理系统又称为微流体“芯片上器官”培养系统，具有相互连接的细胞培养单元，为类器官生长提供更具生理相关性的体内微环境。

通过提供一种近生理的体外模型，模拟细胞微环境，具有更完整的结构和功能，解决动物与人类之间的种属差异，且可在体外模拟多种器官特异性疾病状态，反映药物在体内的动态变化规律和人体器官对药物刺激的真实响应，捕捉复杂的生理学反应，并满足高通量的要求。它是一个多室流动系统，为类器官培养提供了一个紧凑、易于使用的解决方案，包括2D、3D、屏障，或多器官。在疾病模型，药物筛选和毒性测试，再生医学和组织工程，发育生物学研究，感染与免疫研究，个性化医学，癌症研究等领域被广泛应用。 Quasi Vivo® 作为一种先进的器官芯片培养系统，专门设计用于解决学术和工业研究人员在开展体外和体内研究时遇到的主要问题，具有下列性能优势：
1.功能延展性强
可选择气液界面、液液界面、支架和流动方案的多样化培养方式
允许独立、可控的空气、气体或液体层流流向顶端和基底外侧
满足多器官/多细胞共培养，细胞间的信号传递等实验要求。加速类器官细胞分化和成熟，提高细胞活力，适合长期培养
2.成像友好
配备了光学窗口在顶部或底部表面，便于理想的实时高分辨率成像
3.易于获取样本
直接收集样本和获取组织或液体样本
4.模拟生物力学和浓度梯度
严格控制多个变量，可以模拟生理特征，如血液循环，组织间液流动态等，为细胞提供生物力学信号；可以实现免疫细胞共培养以及血管化等复杂模型构建；用于研究多种生理过程，如细胞迁移、分化、免疫反应以及癌症的转移等
5.便携和易于操作
紧凑型模块化腔室结构，具有更高人体生理相关性
占地面积小，节省空间，可兼容标准实验室的孵化器 1) Berger E, Magliaro C, Paczia N, Monzel AS, Antony P, Linster CL, Bolognin S, Ahluwalia A, Schamborn JC. Millifluidic culture improves human midbrain organoid vitality and differentiation. 
在本研究中，作者建立了一个在Kirkstall Quasi Vivo®器官芯片微流体条件下稳定的脑类器官培养物，并将其与使用计算流体动力学（CFD）和常规实验方法中的连续轨道振荡方法进行了比较。CFD分析是为了确定在两种实验装置中计算出的氧气量的差异是否可以用来解释在两种条件下培养的类器官中观察到的任何差异。这一比较显示了培养质量的改善，包括一个减少的“死核心”，并被模型证实，并增加了多巴胺能分化。



2) Ramachandran S, Schirmer K, Münst B, Heinz S, Ghafoory S, Wölfl S, Simon-Keller K, Marx A, Øie C, Ebert M, Walles H, Braspenning J and Breitkopf-Heinlein K (2015). In Vitro Generation of Functional Liver Organoid-Like Structures Using Adult Human Cells. 
在本研究中，作者使用upcyte®人肝细胞在体外生成肝类器官，在Kirkstall Quasi Vivo®器官芯片中进一步培养10天后，这些肝类器官表现出典型的肝实质功能特征，包括细胞色素P450、CYP3A4、CYP2B6和CYP2C9的活性，以及一些标记基因和其他酶的mRNA表达。

 



3)Tayebeh Azimi, Marilena Loizidou & Miriam V. Dwek.Cancer cells grown in 3D under fluid flow exhibit an aggressive phenotype and reduced responsiveness to the anti-cancer treatment doxorubicin. 
肿瘤微环境（TME）作为癌细胞行为调节剂的重要性已被公认，并导致了3D体外癌症模型的发展。癌症的3D实验室体外模型旨在概括肿瘤微环境的生化和生物物理特征，并旨在以生理相关的方式使研究癌症和新的治疗方式成为可能。本文作者研究了乳腺癌细胞在2D、3D和3D微流体条件下，并对比了不同培养条件下的乳腺癌细胞的凋亡、增殖和缺氧相关基因的细胞活力和表达水平。

在该实验过程中，癌细胞被制备成一个密集的3D团块，创造了一个在Kirkstall Quasi Vivo®器官芯片流体流动条件下的肿瘤类器官，将肿瘤类器官暴露于流体和压力的生理条件下，会导致其生长、形态和对化疗挑战的敏感性的变化。该模型系统为组织密度和流体流动的作用提供了关键证据，并为使用3D模型作为癌症药物测试平台的研究人员提供参考。


4）Geddes, L., Themistou, E., Burrows, J. F., Buchanan, F. J., & Carson, L. (2021). Evaluation of the In Vitro Cytotoxicity and Modulation of the Inflammatory Response by the Bioresorbable Polymers Poly(D,L-lactide-coglycolide) and Poly(L-lactide-co-glycolide). 
医疗设备必须进行一系列的测试，以确保其在临床使用中是安全的，这些测试由国际标准化组织（ISO）规定。每个医疗设备都需要进行细胞毒性分析，这通常是体外生物相容性测试的第一步。这些测试提供了一种高效的方法来确定一种物质或一种物质对活细胞的细胞毒性，然而，它们的使用有限，因为它们不能用于确定细胞死亡的原因。在生物材料开发的早期阶段测试体外免疫反应目前还没有纳入标准程序。深入了解体外细胞对生物材料的反应将有助于早期检测和预测潜在的不良反应。

为了复制体内环境和增加生理相关性，本文作者采用了Kirkstall Quasi Vivo®“芯片上的器官”流动培养系统，用于测试聚合物样品。


5）Susanne Reinhold, Christian Herr, Yiwen Yao , Mehdi Pourrostami, Felix Ritzmann. Modeling of lung-liver interaction during infection in a human microfluidic organ-on-a-chip

肺炎或COVID-19等呼吸道感染在世界范围内造成高死亡率和发病率。器官芯片技术在过去几年中发展起来，以建立基于人类的疾病模型，研究基本的疾病机制，并为加速药物开发提供工具。本研究的目的是建立一个肺-肝微流控系统来研究感染过程中两个器官模块的相互作用。

作者利用原代人支气管（HBECs）或肺泡上皮细胞和人肝癌Huh-7细胞，通过Kirkstall Quasi Vivo®器官芯片建立了双器官（肺/肝）微流控系统，开展共培养/刺激试验。将不可分型流感嗜血杆菌（NTHi）和铜绿假单胞菌（PAO1）应用于肺模块。通过dot-blot分析筛选分泌的介质并进行定量。通过mRNA测序，分析肺上皮细菌刺激对肝细胞转录组的影响。



6）Lekha Shah , Valentina Breschi, Annalisa Tirella.A data-informed approach for engineering in-vitro experiment design to decipher key features of invasive breast cancer cell phenotypes

乳腺癌是女性癌症相关死亡的主要原因之一，全球每年约有230万例新发病例和66万例死亡。大多数死亡与转移性疾病或复发有关。乳腺癌的复发风险和预后与多种因素相关，包括分子亚型、肿瘤分级、肿瘤大小、患者的年龄和绝经状态等。目前的预后测试和治疗选择主要基于这些因素，但缺乏对肿瘤进展和转移的动态变化的了解。因此，研究肿瘤微环境（TME）对乳腺癌细胞行为的影响对于精确预后和治疗选择至关重要。
作者通过Kirkstall Quasi Vivo®器官芯片构建微生理系统（MPS）来模拟乳腺癌的肿瘤微环境，并结合机器学习算法，特别是无监督的k-means聚类和特征提取技术，来识别区分侵袭性和非侵袭性乳腺癌细胞表型的关键生物标志物。通过相关性分析，研究者们发现MDA-MB-231和MCF-7细胞在不同微环境条件下的细胞表型存在显著差异。例如，MCF-7细胞中E-cadherin与pH和流体流动正相关，而MDA-MB-231细胞中E-cadherin与水凝胶的硬度正相关。通过机器学习方法，研究者们确定了区分侵袭性和非侵袭性乳腺癌细胞表型的关键生物标志物，包括CD44、CD44v6、Vimentin等。这些标志物在不同微环境条件下的表达差异显著，可以作为区分细胞表型的重要指标。

7) Prof. Dr. med. Matthias P.A. Ebert.Bone Morphogenetic Protein (BMP)-9: ein hepatoprotektiver Regulator des Fibroblast Growth Factor (FGF) Signals
本文围绕骨形态发生蛋白（BMP-9）在非酒精性脂肪肝病（NAFLD）中的保护机制展开，重点探讨其通过调控FGF19/FGF21信号通路调节代谢的分子机制。研究团队采用Kirkstall Quasi Vivo®串联器官芯片 系统构建动态共培养模型，将肠道类器官与肝脏类器官（含70%肝细胞、20%肝窦内皮细胞及10%肝星状细胞）通过多器官串联，模拟人体门静脉循环的生理结构，精准解析BMP-9-FGF19肝-肠轴调控网络，揭示跨组织信号传递机制。

作者在本文中将Kirkstall 串联器官芯片动态培养系统参数设置为：培养基以300 µl/min流速循环，模拟血液流动的剪切力；37°C恒温、5% CO₂环境，持续48小时实验周期；使用含脂肪酸混合液（棕榈酸、油酸、亚油酸各1/3）的专用灌注培养基，动态研究代谢应激下的分子响应。

1. 三维生理微环境模拟
   Kirkstall 多器官串联培养系统突破传统单层培养限制，通过Matrigel包埋的类器官维持细胞极性及细胞间相互作用。

2. 跨器官信号传导解析：通过串联式腔室设计，首次揭示BMP-9的肝-肠轴调控机制：

• 肝源性BMP-9的远程作用：肝脏类器官分泌的BMP-9经循环系统激活肠道ALK1受体，显著上调肠道FGF19表达，较单培养提升3.2倍（p<0.01）；

• 动态交互验证：共培养模型中，肠道FGF19表达量较单培养提升2.4倍，证实器官间旁分泌信号的重要性。

3. 代谢应激模型构建：系统成功模拟高脂微环境对类器官的影响：脂肪酸混合物刺激下，肝脏类器官的FGF21表达呈上升趋势，而肠道LGR5干性标志物显著下调（p<0.00001），精准反映NAFLD病理特征。

8) Gaia Lugano. Bioengineering an Optimised in vitro Model of the Outer Blood-Retinal Barrier Under Diabetic-like Conditions for the Screening of Novel Pharmacological Formulations for Diabetic Retinopathy
糖尿病引起的视网膜病变，如糖尿病视网膜病变和糖尿病性黄斑水肿，可能导致视力丧失，严重影响患者的生活质量。目前的治疗方法主要针对疾病的中后期阶段，且存在侵入性和副作用等问题。因此，开发一种能够准确模拟外BRB在糖尿病条件下变化的体外模型，建立一种可在体外模拟糖尿病视网膜病变（Diabetic Retinopathy, DR）条件下的外血视网膜屏障（Outer Blood-Retinal Barrier, BRB）的优化模型，对于理解疾病机制、筛选新型药剂以及开发更有效的治疗方法具有重要意义。

本文作者通过Kirkstall Quasi Vivo®串联式动态系统成功构建了优化的共培养模型，该模型使用人 ARPE-19 细胞系和原代人 hREC 细胞。研究发现，糖尿病样条件（33 mM 葡萄糖和 2% 氧气）会对体外培养的细胞产生影响，引发细胞氧化应激，影响细胞密度、屏障特性及相关基因表达。药物测试表明，二甲双胍和雷帕霉素在一定浓度范围内可安全用于细胞实验，且能有效抑制 mTOR 通路，但高浓度时会诱导细胞产生氧化应激。

该动态共培养模型模拟脉络膜血管的生理环境，应用 100 μL/min 和 200 μL/min 的流速，研究剪切应力对内皮细胞行为的影响。实验时，将 hREC 细胞接种在器官芯片的通道下侧，培养液循环流动，产生层流。研究人员通过该系统观察细胞在动态条件下的行为，如细胞是否会重新排列细胞骨架以适应流动方向，具体通过测量细胞核的取向来评估细胞的取向变化。此外，该系统还可用于研究药物的细胞毒性和屏障通透性等，为构建更贴近体内真实情况的病理模型提供了有力支持，有助于深入探究糖尿病视网膜病变的发病机制及药物疗效评估。

9) Ioannis Angelopoulos , Konstantinos Ioannidis , Konstantina Gr. Lyroni et al. A 3D SVZonChip Model for In Vitro Mimicry of the Subventricular Zone Neural Stem Cell Niche   全球使用Kirkstall Quasi Vivo®器官芯片微生理系统的学术及研究机构已超过100+个，遍布美国、英国、法国、瑞典、奥地利、意大利、荷兰、瑞士、日本等。目前器官芯片微生理系统已成功用于以下类器官模型的构建：

  Kirkstall Ltd.成立于 2006 年，是 Braveheart Investment Group plc 的子公司，总部位于英国。Kirkstall开发了一种创新的微生理系统的器官芯片模型Quasi Vivo®。作为器官芯片技术的领导者，Kirkstall已经建立了牛津大学生物医学工程研究所等著名的大学实验室的庞大用户群，产品在全球范围内享有盛誉。

北京基尔比生物科技有限公司是Kirkstall ltd.授权在中国的唯一和独家总代理商，全面负责Kirkstall公司旗下所有产品在中国的销售，市场推广和技术支持等事宜。