Conventional preclinical models often miss drug toxicities, meaning the harm these drugs pose to humans is only realized in clinical trials or when they make it to market. This has caused the pharmaceutical industry to waste considerable time and resources developing drugs destined to fail. Organ-on-a-Chip technology has the potential improve success in drug development pipelines, as it can recapitulate organ-level pathophysiology and clinical responses; however, systematic and quantitative evaluations of Organ-Chips' predictive value have not yet been reported.870 Liver-Chips were analyzed to determine their ability to predict drug-induced liver injury caused by small molecules identified as benchmarks by the Innovation and Quality consortium, who has published guidelines defining criteria for qualifying preclinical models. An economic analysis was also performed to measure the value Liver-Chips could offer if they were broadly adopted in supporting toxicity-related decisions as part of preclinical development workflows.Here, we show that the Liver-Chip met the qualification guidelines across a blinded set of 27 known hepatotoxic and non-toxic drugs with a sensitivity of 87% and a specificity of 100%. We also show that this level of performance could generate over $3 billion annually for the pharmaceutical industry through increased small-molecule R&D productivity.The results of this study show how incorporating predictive Organ-Chips into drug development workflows could substantially improve drug discovery and development, allowing manufacturers to bring safer, more effective medicines to market in less time and at lower costs.Drug development is lengthy and costly, as it relies on laboratory models that fail to predict human reactions to potential drugs. Because of this, toxic drugs sometimes go on to harm humans when they reach clinical trials or once they are in the marketplace. Organ-on-a-Chip technology involves growing cells on small devices to mimic organs of the body, such as the liver. Organ-Chips could potentially help identify toxicities earlier, but there is limited research into how well they predict these effects compared to conventional models. In this study, we analyzed 870 Liver-Chips to determine how well they predict drug-induced liver injury, a common cause of drug failure, and found that Liver-Chips outperformed conventional models. These results suggest that widespread acceptance of Organ-Chips could decrease drug attrition, help minimize harm to patients, and generate billions in revenue for the pharmaceutical industry.

Abstract Human organ-on-a-chip (Organ-Chip) technology has the potential to disrupt preclinical drug discovery and improve success in drug development pipelines as it can recapitulate organ-level pathophysiology and clinical responses. The Innovation and Quality (IQ) consortium formed by multiple pharmaceutical and biotechnology companies to confront this challenge has published guidelines that define criteria for qualifying preclinical models, however, systematic and quantitative evaluation of the predictive value of Organ-Chips has not yet been reported. Here, 870 Liver-Chips were analyzed to determine their ability to predict drug-induced liver injury (DILI) caused by small molecules identified as benchmarks by the IQ consortium. The Liver-Chip met the qualification guidelines across a blinded set of 27 known hepatotoxic and non-toxic drugs with a sensitivity of 87% and a specificity of 100%. A computational economic value analysis suggests that with this performance the Liver-Chip could generate $3 billion annually for the pharmaceutical industry due to increased R&D productivity.

Abstract Liver plays a vital role in the human immune system, in the internalization and catabolic clearance of therapeutic antibodies and antibody-bound immune complexes via Fc-receptor (FcR) binding on the hepatic reticuloendothelial system cells. This Fc portion of the antibody binding to FcR in the liver initiates the clearance of these antibodies or immune complexes, which is vital in the context of half-life, dosing interval, efficacy, and safety of therapeutic antibodies. The liver sinusoidal endothelial cells (LSECs) express scavenging receptors that recognize, bind, and internalize an enormous diversity of extracellular ligands. The Fc gamma receptor FcγRIIB or CD32B on LSECs is responsible for the clearance of a large majority of IgG-bound immune complexes in the liver. Investigating the pharmacological effects of antibody clearance via human liver in vitro has been challenging due to the lack of reliable long-term LSEC culture protocols. Human LSECs downregulate the expression of CD32B rapidly in vitro in traditional 2D LSEC mono- and co-cultures,. We describe a Liver-Chip model with a co-culture of primary human LSECs and hepatocytes to recreate the liver microenvironment and extend the viability and function of LSECs, including CD32B expression levels, for a duration that is relevant for assessing the pharmacokinetics (PK) of therapeutic antibodies. Our results show that the expression of CD32B can differ based on experimental variables such as the source of primary cells (donor), passage number or source of detection antibodies used to visualize CD32B and shear stress. The CD32B expression was maintained for 14 days on the Liver-Chip in a donor-dependent but passage number independent manner. The Scanning Electron Microscopy (SEM) imaging showed the presence of fenestrae structures - one of the hallmarks of LSEC function. Key LSEC markers, including CD32B expression, were validated through flow cytometry.