Existem vários fatores que limitam a quantidade de MP, alguns contornáveis pela tecnologia, outras não.
O limite teórico, baseado no comprimento das ondas de luz e espaçamento entre os pixels, se não me engano fica em torno de 120Mp para um sensor APS-C. Só que antes disso existem outras barreiras, como o ruído gerado e limitações ópticas. Não adianta um sensor hiper-denso se as lentes utilizadas não conseguem ter um poder resolutivo que "cubra" este sensor.
E ainda existem problemas relativos às leis da física, como o limite de difração, que com o aumento da densidade se torna cada vez menor.
Na minha opinião, com a tecnologia atual chegamos ao limite ou bem próximo disso. Até pouco tempo atrás conseguia-se um aumento dos Mp com diminuição de ruído aparente (sem recorrer ao downsampling). O sensor Canon de 18Mp é menos ruidoso que o de 12Mp. Mas o sensor Sony de 24Mp é mais ruidoso que o de 16Mp, e se existe alguma vantagem, ela vem em função de downsampling (que é uma técnica de validade muito discutida, mas não vem ao caso e também não tenho conhecimento para argumentar).
Pode ainda existir espaço para aumento de densidade, mas o ganho pelo menos no momento é relativo. Talvez possa ser utilizado em câmeras de utilização bem específica, onde se possa usar sensores ultradensos com lentes especiais e ambiente controlado. Mas para uso "genérico", acredito que considerando-se a tecnologia atual estamos próximo do limite.
Aqui um link para um artigo do nosso amigo Shalders com algumas informações interessantes sobre isto:
http://www.photomysteries.com/website/Photomysteries_BR/Megapixeis.html