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为解决传统动物模型和体外模型在模拟香烟烟雾（CS）致肺损伤研究中的不足，研究人员开发 CFAX12 肺芯片系统，整合循环机械拉伸与全烟雾暴露，发现其可诱导 TER↓、ROS↑、IL-8 基因表达↑，为 COPD 等研究提供新平台。
吸烟是慢性阻塞性肺疾病（COPD）和肺癌等致命疾病的主要风险因素，然而传统动物模型因肺生理差异和鼻呼吸特性难以准确模拟人类烟雾暴露效应，传统体外模型又缺乏动态机械力和真实吸入模式，限制了对 CS 诱导肺损伤机制的研究。为填补这一空白，瑞士伯尔尼大学等机构的研究人员开发了新一代基于呼吸肺芯片的烟雾吸入系统 —— 连续流 AX12（CFAX12），相关研究发表在《Scientific Reports》。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：利用 VC10 吸烟机器人模拟人类吸烟行为，精确控制烟雾输送；通过 AX12 肺芯片系统构建气液界面（ALI）条件下的人肺泡上皮细胞、肺微血管内皮细胞和巨噬细胞的单培养及共培养模型，并施加类似呼吸的循环机械拉伸（10% 线性应变，0.2 Hz）；运用跨膜电阻（TER）测量、活性氧（ROS）检测、qRT-PCR、ELISA 等技术评估细胞屏障完整性、氧化应激和炎症反应等指标。
烟雾暴露的均匀性
通过碳点荧光标记和尼古丁等成分的 LC-MS/MS 检测，证实 CFAX12 系统可实现烟雾在 AX12 芯片各孔间的均匀分布，各孔烟雾沉积量标准偏差在 ±15% 以内，尼古丁浓度稳定，验证了系统的可靠性和重复性。
香烟烟雾提取物（CSE）的影响
在静态和动态拉伸条件下，CSE 处理虽未显著影响 TER，但可诱导 ROS 生成增加，且 10% CSE 处理可使动态条件下的细胞毒性显著升高，同时 IL-6 和 IL-8 基因表达增强，表明 CSE 主要通过氧化应激和炎症反应影响细胞，但其效果与全烟雾暴露存在差异。
ALI 和动态培养条件对 CS 暴露的影响
在 ALI 静态条件下，CS 暴露可导致 TER 在 24h 和 48h 显著下降，ROS 水平升高，但细胞毒性和 TNFα、IL-6 等基因表达无明显变化；而在 ALI + 拉伸条件下，TER 在 4h 即显著下降，48h 时细胞毒性显著增加，E - 钙粘蛋白（ECAD）表达降低，ROS 水平进一步升高，显示机械拉伸可增强细胞对 CS 的敏感性，加剧屏障破坏和氧化应激。
共培养模型对 CS 诱导反应的影响
与双培养模型（上皮 / 内皮细胞）相比，包含巨噬细胞的三培养模型（TC pBDMs 或 TC THP1）在 CS 暴露后 TER 下降更早且更显著，IL-8 分泌和细胞毒性增加更明显，同时伴有 PPARγ 表达上调、上皮 - 间质转化（EMT）相关标志物改变及 ROS 生成显著增强，表明巨噬细胞在介导 CS 诱导的炎症和组织损伤中起关键作用。
肺表面活性剂的影响
在 TC THP1 模型中，预先添加肺表面活性剂可减少 CS 暴露后的 IL-8 分泌和基因表达，降低氧化应激相关基因水平，虽未能完全恢复 TER，但显示出对 CS 诱导的炎症和细胞损伤的保护作用，提示表面活性剂可能通过物理屏障和免疫调节机制减轻烟雾损伤。
研究结论表明，CFAX12 系统通过整合全烟雾暴露、ALI 条件和机械拉伸，能更真实地模拟体内肺泡微环境，揭示了机械力和免疫细胞在 CS 诱导肺损伤中的关键作用。该模型不仅克服了传统 CSE 模型的局限性，还为研究 COPD 等烟雾相关疾病的发病机制提供了新平台，有望加速药物筛选和治疗靶点的发现，推动从基础研究到临床应用的转化。其在评估吸入性毒物和开发保护肺泡完整性、减轻炎症和氧化损伤的药物方面具有重要意义，为替代动物实验的新方法学发展提供了有力支持。
