药物在生物体内的基本行为可分为吸收(A)、分布(D)、代谢(M)与排泄(E)四个过程,它们由不同的器官承担,并决定了药物的治疗效果与毒副作用。因此,制药公司往往采用模拟各器官功能的体外模型分别对候选药物ADME进行评价,以快速和早期地判断其开发潜力。由于药物的代谢与排泄(合称为清除)主要发生于肝脏与肾脏,肝/肾体外模型也被广泛用于药物清除速率(清除率)的预测,然而常用的肝/肾模型功能偏离体内,难以准确预测药物清除率。因此,本论文拟首先优化实验室已有的微型生物人工肝,并进一步构建微型生物人工肾,考察微型生物人工肝/肾反映体内肝/肾功能及其对药物清除率的预测准确度,评价其作为药物清除研究新模型的可行性。在前期研究中,本实验室将原代大鼠肝细胞凝胶包埋于中空纤维膜内,构建了微型生物人工肝,且证明其可长期维持体内Ⅰ相和Ⅱ相代谢酶活性。本文进一步对微型生物人工肝进行培养条件优化,并考察其反映体内Ⅲ相代谢(即转运蛋白介导的肝胆转运)的能力。在优化培养条件(胶原浓度0.6g/L,并加入表皮细胞生长因子EGF)下,微型生物人工肝经5d培养后重建体内极性,且具有较传统三明治培养模型更高的转运蛋白水平和药物胆汁清除率预测准确度。此外,它能够反映转运蛋白对甲氨蝶呤及红霉素肝毒性的抑制作用。这些说明微型生物人工肝能较高水平地表达体内Ⅲ相代谢酶,预示其可以较好地预测药物肝清除率。随后,我们将大鼠肾近端小管细胞(RPTC)、人肾近端小管细胞系(HK-2)和犬肾远端小管细胞系(MDCK)分别贴壁培养于中空纤维膜内腔,使其经7d培养后形成融合单层,从而构建了微型生物人工肾。与传统单层贴壁培养模型相比,微型生物人工肾的线粒体活性及谷胱甘肽含量略低,但表征分化功能的细胞色素P4503A、多药耐药相关蛋白2及刷状缘膜蛋白活性却高得多,尤其是刷状缘膜蛋白的活性更接近于体内肾脏水平。同样,肾功能的较好表达为预测药物肾清除率提供了必要前提。最后,我们采用微型人工肝／肾预测一系列药物的体内清除率,发现对于肝清除率(20种药物)、肾清除率(14种药物)及整体清除率(8种药物),微型生物人工肝/肾的预测准确度(关联系数R2分别为0.92、0.76和0.94)均优于文献报道结果(R2分别为0.8、0.6及0.6左右)。总之,相对于传统模型,微型人工肝/肾能够较好地维持体内肝/肾功能且较准确预测药物清除率,因而可进一步应用到新药开发中。此外,该中空纤维型反应器也为体外构建多器官细胞模型奠定了基础。