Organoid-on-a-chip technology synergizes the self-organizing capacity and cellular complexity of organoids with the precise microenvironmental control offered by organ-on-a-chip systems, significantly advancing the physiological relevance of in vitro models for studying development, disease, and drug responses. However, a critical bottleneck persists: the integration and maintenance of a functional immune microenvironment, which is essential for accurately modeling complex diseases (e.g., cancers, inflammatory disorders) and therapies (e.g., immunotherapies). While recent reviews have categorized immune organoid-on-a-chip progress by organ type, this review adopts a bioengineering-centric approach to deconstruct immune microenvironment construction. We systematically analyze key parameters—including immune cell integration strategies/sourcing, target cell interactions, immune cell motility patterns, and immune network complexity—across diverse model systems. Furthermore, we critically evaluate the transformative applications of these immune-competent models in drug toxicity screening, cell therapy interactions, and gene therapy efficacy assessment. Finally, we discuss persistent challenges and future directions for achieving truly predictive human immune-competent in vitro models. This synthesis provides a methodological framework for advancing the design and application of next-generation organoid-on-a-chip platforms.
类器官芯片技术通过结合类器官的自组织能力与细胞复杂性，以及微环境精确控制的优点，显著提升了体外模型在研究发育、疾病及药物反应中的生理相关性。然而，该领域仍面临一个关键瓶颈：功能性免疫微环境的整合与维持不足，而这一要素对于准确模拟癌症和炎症等复杂疾病及其治疗（如免疫疗法）至关重要。尽管近期综述已按器官类型对类器官芯片的进展进行了分类，但本综述旨在采用生物工程中心的方法，深入解构免疫微环境构建的核心问题，以填补现有知识空白并明确研究目标。
本文采取系统性的分析框架，重点考察了多种模型系统中免疫微环境的工程化策略。我们详细探讨了关键参数，包括免疫细胞的整合与来源选择、靶细胞间的相互作用机制、免疫细胞的运动模式以及免疫网络的复杂性构建。通过对比不同类器官芯片平台的设计差异，本综述梳理了从单一免疫细胞共培养到复杂多细胞网络集成的技术路径，并评估了现有材料在支持免疫细胞活性及功能维持方面的适用性，为后续模型优化提供了方法论基础。
分析表明，当前基于生物工程策略构建的免疫 competent 类器官芯片已在药物毒性筛选、细胞疗法相互作用研究以及基因治疗疗效评估中展现出变革性的应用潜力。这些具备完整免疫功能的新兴模型能够更真实地反映人体内的动态免疫反应，从而揭示传统静态培养无法捕捉的药物代谢特征和免疫逃逸机制。然而，现有系统在模拟体内高度复杂的免疫网络拓扑结构方面仍存在局限，特别是在长期维持特定免疫细胞亚群的功能稳定性及重现组织特异性微环境信号传导路径上尚需进一步突破。
本综述不仅总结了当前类器官芯片在免疫工程领域的最新进展，还深入探讨了实现真正具有预测性的人体免疫体外模型所面临的持续挑战与未来方向。我们强调，未来的研究应聚焦于开发更先进的生物材料以增强细胞间通讯，优化流体动力学设计以模拟生理血流环境，并建立标准化的评估体系来验证模型的临床相关性。通过提供这一方法论框架，本文旨在推动下一代类器官芯片平台的设计革新与应用拓展，最终实现从体外模型到精准医疗转化的重大跨越。
La technologie des organoïdes sur puce combine la capacité d'auto-organisation et la complexité cellulaire des organoïdes avec le contrôle précis du microenvironnement offert par les systèmes de type « organe-sur-puce », améliorant ainsi significativement la pertinence physiologique des modèles in vitro pour l'étude du développement, des maladies et des réponses aux médicaments. Cependant, un goulot d'étranglement critique persiste : l'intégration et le maintien d'un microenvironnement immunitaire fonctionnel, essentiel pour modéliser avec précision les maladies complexes (telles que les cancers et les troubles inflammatoires) ainsi que les thérapies (comme les immunothérapies). Bien que des revues récentes aient catégorisé les progrès par type d'organe, cette revue adopte une approche centrée sur le génie biomédical pour déconstruire la construction du microenvironnement immunitaire.
Nous analysons systématiquement les paramètres clés incluant les stratégies et sources d'intégration des cellules immunitaires, les interactions avec les cellules cibles, les motifs de motilité cellulaire immunitaire et la complexité du réseau immunitaire au sein de divers systèmes modèles. L'approche méthodologique repose sur une revue critique des conceptions actuelles qui évaluent comment l'ingénierie tissulaire permet d'intégrer ces éléments dynamiques dans des plateformes microfluidiques, en examinant les matériaux utilisés pour soutenir la viabilité cellulaire et les signaux de communication intercellulaires nécessaires à la formation d'un réseau immunitaire cohérent.
Les résultats principaux révèlent que l'évaluation critique montre le potentiel transformateur de ces modèles compétents sur le plan immunologique dans des applications telles que le criblage de toxicité médicamenteuse, les interactions avec les thérapies cellulaires et l'évaluation de l'efficacité des thérapies géniques. Ces plateformes permettent une meilleure compréhension des mécanismes d'action thérapeutique et des réponses immunitaires in vivo qui échappent aux modèles statiques traditionnels. Toutefois, il est noté que la complexité actuelle reste limitée par rapport à la physiologie humaine complète, notamment en ce qui concerne la reconstitution fidèle de toutes les sous-populations cellulaires et leurs interactions spatio-temporelles dynamiques.
Enfin, nous discutons des défis persistants et des orientations futures pour atteindre l'objectif d'une modélisation in vitro véritablement prédictive du système immunitaire humain. Les limitations actuelles incluent la difficulté de maintenir une fonctionnalité à long terme et la variabilité entre les lignées cellulaires utilisées. L'avenir réside dans le développement de cadres méthodologiques plus robustes pour guider la conception des plateformes de nouvelle génération, en intégrant des avancées technologiques qui permettront d'améliorer la fidélité physiologique et l'applicabilité clinique de ces systèmes innovants pour la recherche translationnelle future.
オルガノイドオンチップ技術は、オルガノイドの自己組織化能力と細胞複雑性と、器官オンチップシステムが提供する微環境制御を相乗的に組み合わせることで、発育、疾患、および薬物反応の研究における体外モデルの生理学的関連性を著しく向上させています。しかしながら、重要なボトルネックが存在し続けます：機能性免疫微小環境の統合と維持であり、これはがんや炎症性障害などの複雑な疾患（例）および免疫療法などの治療法を正確にモデル化するために不可欠です。最近のレビューが臓器タイプ別に進展を分類した一方で、本レビューはバイオエンジニアリング中心のアプローチを採用し、免疫微小環境構築を分解して分析します。
我々は、多様なモデルシステム全体において、免疫細胞統合戦略・供給源、標的細胞との相互作用、免疫細胞の運動パターン、および免疫ネットワーク複雑性といった主要パラメータを体系的に分析しました。このアプローチでは、特定の材料や設計要素がどのようにしてこれらの生物学的プロセスをサポートするかを検討し、単一の細胞種から多様な細胞間相互作用を持つ複合システムへの移行における技術的課題と解決策を整理しています。特に、流体制御と生体適合性素材の組み合わせが免疫応答の再現性に与える影響について詳細な検討が行われています。
本レビューは、これらの免疫機能具備モデルが薬物毒性スクリーニング、細胞療法相互作用、および遺伝子治療効果評価における変革的な応用可能性を有することを示しています。これらは、従来の静的培養では捉えられない動態的免疫反応や薬剤代謝特性をより忠実に反映し、疾患メカニズムの解明に寄与します。しかしながら、現在のシステムは体内の高度な複雑さを完全に再現するには依然として限界があり、特に特定の免疫細胞サブセットの機能維持と組織特異的なシグナル伝達経路の再構築においてさらなる突破が必要です。
最後に、真に予測可能なヒト免疫機能体外モデルを達成するための持続する課題と将来の方向性について議論します。現在の限界には長期安定性の確保や標準化された評価基準の欠如が含まれますが、本稿は次世代オルガノイドオンチッププラットフォームの設計と応用を進めるための方法論的枠組みを提供しています。今後の研究では、生体材料の開発、流体動力学的デザインの最適化、および臨床関連性を検証する体系的アプローチに焦点を当てることが重要であり、これにより体外モデルから精密医療への転換を実現するための基盤が築かれます。
La tecnología de organoides en chip sinergiza la capacidad de autoorganización y complejidad celular de los organoides con el control preciso del microambiente que ofrecen los sistemas de órganos-en-chip, avanzando significativamente la relevancia fisiológica de los modelos in vitro para estudiar desarrollo, enfermedades y respuestas a fármacos. Sin embargo, persiste un cuello de botella crítico: la integración y mantenimiento de un microinmune funcional, esencial para modelar con precisión enfermedades complejas (como cánceres o trastornos inflamatorios) y terapias (por ejemplo, inmunoterapias). Aunque revisiones recientes han categorizado el progreso por tipo de órgano, esta revisión adopta un enfoque centrado en la bioingeniería para descomponer la construcción del microinmune.
Analizamos sistemáticamente parámetros clave —incluyendo estrategias y fuentes de integración celular inmunitaria, interacciones con células diana, patrones de motilidad inmunocelular y complejidad de redes inmunes— a través de diversos sistemas modelo. El enfoque metodológico examina cómo se diseñan las plataformas para incorporar estos elementos dinámicos, evaluando materiales biocompatibles que sostienen la viabilidad celular y facilitan las señales de comunicación intercelular necesarias para formar una red inmunológica coherente dentro de entornos microfluídicos controlados.
Los hallazgos principales indican que los modelos competentes en cuanto a inmune exhiben un potencial transformador en aplicaciones como el cribado de toxicidad farmacológica, estudios de interacción con terapias celulares y evaluación de eficacia de terapia génica. Estas plataformas permiten una comprensión más realista de las respuestas inmunológicas dinámicas in vivo, revelando características metabólicas de fármacos que escapan a los modelos estáticos tradicionales. No obstante, se reconoce que la complejidad actual sigue siendo limitada en comparación con la fisiología humana completa, especialmente en cuanto a la reconstrucción fiel de todas las subpoblaciones celulares y sus interacciones espacio-temporales dinámicas.
Finalmente, discutimos los desafíos persistentes y direcciones futuras para lograr modelos in vitro verdaderamente predictivos del sistema inmune humano. Las limitaciones actuales incluyen dificultades para mantener funcionalidad a largo plazo y variabilidad entre líneas celulares utilizadas. El futuro reside en desarrollar marcos metodológicos más robustos que guíen el diseño de plataformas de próxima generación, integrando avances tecnológicos para mejorar la fidelidad fisiológica y aplicabilidad clínica de estos sistemas innovadores para la investigación traslacional futura, proporcionando así una base sólida para su adopción generalizada.
تجمع تقنية الأنسجة العضوية على رقاقة بين القدرة التنظيمية الذاتية والتعقيد الخلوي للأنسجة العضوية مع التحكم الدقيق في البيئة المحيطة الذي توفره أنظمة الأعضاء على الرقاقة، مما يطور بشكل كبير الصلة الفسيولوجية للنماذج المعملية لدراسة التطور والأمراض واستجابات الأدوية. ومع ذلك، لا يزال هناك عنق زجاجة حرج: تكامل والحفاظ على بيئة مناعية وظيفية، وهو أمر ضروري لنمذجة الأمراض المعقدة (مثل السرطان واضطرابات الالتهاب) والعلاجات (مثل العلاجات المناعية) بدقة. بينما صنف المراجعات الحديثة التقدم في الأنسجة العضوية حسب نوع العضو، تتبنى هذه مراجعة نهجًا يركز على الهندسة الحيوية لتحليل بناء البيئة المناعية.
نحلل بشكل منهجي المعلمات الرئيسية - بما في ذلك استراتيجيات دمج الخلايا المناعية ومصادرها، وتفاعلاتها مع الخلايا المستهدفة، وأنماط حركة الخلايا المناعية، وتعقيد الشبكة المناعية - عبر أنظمة نموذج متنوعة. يركز هذا النهج على كيفية تصميم منصات هندسية لدمج هذه العناصر الديناميكية، حيث يتم تقييم المواد الحيوية التي تدعم بقاء الخلية وتسهل إشارات الاتصال بين الخلايا اللازمة لتكوين شبكة مناعية متماسكة داخل بيئات دقيقة مضبوطة.
تُظهر النتائج الرئيسية أن النماذج القادرة على الاستجابة المناعية تظهر إمكانات تحويلية في تطبيقات مثل فحص سمية الأدوية، والتفاعلات مع العلاجات الخلوية، وتقييم فعالية العلاج الجيني. تتيح هذه المنصات فهمًا أكثر واقعية للاستجابات المناعية الديناميكية داخل الجسم الحي، مما يكشف عن خصائص استقلاب الدواء التي تفوتها النماذج الساكنة التقليدية. ومع ذلك، يُعترف بأن التعقيد الحالي لا يزال محدودًا مقارنة بالفسيولوجيا البشرية الكاملة، خاصة فيما يتعلق بإعادة بناء جميع مجموعات الخلايا الفرعية وتفاعلاتها المكانية والزمنية الديناميكية بدقة.
أخيرًا، نناقش التحديات المستمرة والاتجاهات المستقبلية لتحقيق نماذج معملية بشرية مناعية تنبؤية حقًا. تشمل القيود الحالية صعوبة الحفاظ على الوظيفة على المدى الطويل والتباين بين خطوط الخلايا المستخدمة. يكمن المستقبل في تطوير أطر منهجية أكثر قوة لتوجيه تصميم منصات الجيل القادم، ودمج التطورات التكنولوجية لتحسين الدقة الفسيولوجية والقابلية للتطبيق السريري لهذه الأنظمة المبتكرة للبحث الانتقالي المستقبلي، مما يوفر أساسًا متينًا لاعتمادها على نطاق واسع.