全煙氣暴露試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)展

韓亞偉，張東鵬，黃麗萍，陳利平

（鄭州輕工業(yè)學(xué)院煙草行業(yè)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南鄭州 450002）

為了分析吸煙與某些疾病的聯(lián)系，需要了解卷煙抽吸過(guò)程中發(fā)生的各種物理化學(xué)變化及抽煙過(guò)程中的復(fù)雜動(dòng)態(tài)，以便確定一些與抽煙不利于健康有關(guān)的前兆和機(jī)制。近幾十年來(lái)，隨著理化分析技術(shù)的研究和發(fā)展，主流煙氣中的大部分成分已經(jīng)得到確定。煙氣是一種復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的氣溶膠，包含了數(shù)以千計(jì)的化學(xué)成分，最新的研究數(shù)據(jù)顯示，其中含有5 600余種化學(xué)成分，約158種物質(zhì)具有毒理學(xué)效應(yīng)，學(xué)術(shù)上稱(chēng)之為煙氣毒物[1]。這些成分會(huì)導(dǎo)致某些疾病。例如，與慢性阻塞性肺病和肺中毒有關(guān)的醛類(lèi)（甲醛、丙烯醛、乙醛）在卷煙煙氣氣相中多有存在；多環(huán)芳烴類(lèi)（PAHs）、煙草特有亞硝胺類(lèi)（TSNAs）、砷、鎘和鉻在卷煙煙氣中均有發(fā)現(xiàn)，這些物質(zhì)與多種癌癥的發(fā)生有關(guān)。

1 全煙氣暴露試驗(yàn)技術(shù)概述

以往的卷煙煙氣毒理學(xué)研究方法比較側(cè)重于用劍橋?yàn)V片捕獲顆粒相，然后用DMSO溶解洗脫，或者直接以氣泡的形式充入細(xì)胞培養(yǎng)基或PBS中，隨后進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，這樣就相當(dāng)于細(xì)胞在煙氣顆粒相中進(jìn)行暴露培養(yǎng)。不足的是，以顆粒相為主的暴露培養(yǎng)方案沒(méi)有考慮到卷煙煙氣的氣相物質(zhì)，以及顆粒相和氣相之間的相互作用。浸入式的培養(yǎng)條件和基于煙氣顆粒相的暴露，并不能完全從生理上模擬人類(lèi)肺細(xì)胞在主流煙氣下的暴露條件。此外，以這種方式分離的煙氣可能會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化和化學(xué)變化，并不能充分代表全部煙氣氣溶膠的性質(zhì)。為了盡可能模擬人類(lèi)肺細(xì)胞在主流煙氣下的暴露反應(yīng)，研究人員發(fā)明了一種細(xì)胞全煙氣暴露系統(tǒng)。目前，雖然全煙氣暴露系統(tǒng)在技術(shù)上存在很多困難，但是它能收集煙氣中的顆粒相和氣相，能較為綜合地反映煙氣性質(zhì)，是一種更加精確的生物學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，代表著卷煙煙氣生物學(xué)分析技術(shù)的發(fā)展方向[2]。全煙氣暴露下，捕獲的粒相與氣相在一起充分反應(yīng)，這種系統(tǒng)的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不同的細(xì)胞培養(yǎng)物可以在空氣-液體界面條件下充分與全煙氣接觸，能夠更好地模擬人體細(xì)胞在抽煙時(shí)的暴露環(huán)境。

目前，已經(jīng)有各種各樣的全煙氣暴露系統(tǒng)，有已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)的，也有一些公司自行研制、開(kāi)發(fā)、升級(jí)，僅供公司內(nèi)部研究使用的。不管它們的類(lèi)型，這些系統(tǒng)一般都有2個(gè)主要組成部分：①吸煙機(jī)，用于產(chǎn)生、稀釋和輸送煙氣；②暴露室，通常是一個(gè)存在空氣-液體界面的密閉空間，用來(lái)模擬人體環(huán)境，不同系統(tǒng)的設(shè)置參數(shù)不同，輸入煙氣量的大小也可以用多種方式表示。

2 全煙氣暴露系統(tǒng)研究進(jìn)展

傳統(tǒng)的煙氣暴露分析技術(shù)主要是基于收集卷煙煙氣顆粒相，而忽略了氣相和半揮發(fā)物質(zhì)，這推動(dòng)了全煙氣暴露系統(tǒng)的發(fā)展。全煙氣暴露系統(tǒng)還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，就是可以通過(guò)試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)置，對(duì)卷煙煙氣的各相進(jìn)行統(tǒng)一或者獨(dú)立的分析。這使研究人員可以像定制衣服一樣，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)置試驗(yàn)參數(shù)，有針對(duì)性地檢測(cè)分析煙氣各相，得到有用的信息。目前有各種各樣的全煙氣系統(tǒng)可以選擇，其中大部分系統(tǒng)既可以向培養(yǎng)的細(xì)胞輸送單一氣溶膠，也可以輸送復(fù)雜的氣溶膠混合物，因此，這些系統(tǒng)可以應(yīng)用于煙草以外的行業(yè)，但目前為止，關(guān)于煙氣中化學(xué)成分檢測(cè)分析技術(shù)的論文信息比較有限[3]。市場(chǎng)上可以購(gòu)買(mǎi)的吸煙機(jī)型號(hào)有Borgwaldt RM20S，Burghart MSB-01和vitrocellR VC 10等。市售的暴露間或暴露模塊與吸煙機(jī)相連接組成全煙氣暴露系統(tǒng)，主要的系統(tǒng)類(lèi)型有英美煙草公司研發(fā)的系統(tǒng)、漢諾威cultex實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的系統(tǒng)和瓦爾德基希vitrocell實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的系統(tǒng)。由于最初同屬于一個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，系統(tǒng)和系統(tǒng)的曝光模塊之間有一些明顯的相似之處，這個(gè)團(tuán)隊(duì)一直致力于全煙氣體外毒理學(xué)檢測(cè)技術(shù)的改進(jìn)，經(jīng)過(guò)7年（1999—2006） 在科學(xué)、技術(shù)和商業(yè)化運(yùn)作上的合作與發(fā)展，此團(tuán)隊(duì)逐步壯大，最終一分為二，形成了今天的團(tuán)隊(duì)和團(tuán)隊(duì)。這也是為什么系統(tǒng)和系統(tǒng)之間有這么多的相似性和較好的相容性，也解釋了近期發(fā)展中的多樣性。

2.1 定制系統(tǒng)

定制的暴露系統(tǒng)常被用于卷煙煙氣理化分析的基礎(chǔ)性研究。雖然商用型號(hào)和定制系統(tǒng)之間沒(méi)有太多可比之處，但這些根據(jù)目的而設(shè)計(jì)制作的獨(dú)一無(wú)二的暴露裝置成本低，占地面積不大，構(gòu)造不那么復(fù)雜，并且更易于維護(hù)。舉幾個(gè)例子探討如何使用定制的暴露系統(tǒng)得到有實(shí)際意義的生物學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

Scian M J等人[4]描述了一個(gè)具有空氣-液體（ALI）界面的暴露系統(tǒng)，研究了2種香煙的混合主流煙氣對(duì)大鼠支氣管上皮細(xì)胞的影響。該暴露系統(tǒng)包括1個(gè)具有2個(gè)通風(fēng)孔的“密封室”，其大小足以容納一個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)板，并安裝有一個(gè)小風(fēng)扇。細(xì)胞培養(yǎng)3 d，每天進(jìn)行2次煙氣暴露，分別在第1天和第3天收獲部分細(xì)胞培養(yǎng)液，利用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)檢測(cè)MCP-1，IL-10，VEGF這3種蛋白的分泌量[4]。此外，圣勞倫特還進(jìn)行了一個(gè)對(duì)比試驗(yàn)，將細(xì)胞置于融有卷煙煙氣提取物（CSE） 的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，將2項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，相對(duì)于CSE模型試驗(yàn)，細(xì)胞全煙氣暴露過(guò)程中MCP-1蛋白的分泌被抑制，產(chǎn)生的IL-10蛋白減少，VEGF的分泌量基本相同。圣勞倫特指出，在CSE和ALI這2種暴露培養(yǎng)模式下，小鼠支氣管上皮細(xì)胞蛋白質(zhì)分泌量的不同，表明選擇何種試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)所獲得的數(shù)據(jù)有一定影響。此外，在使用不同卷煙煙氣組分時(shí)，會(huì)有不同的細(xì)胞反應(yīng)，這也表明不同的煙氣組分在組織反應(yīng)中具有獨(dú)立的作用。

另一個(gè)例子中，菲利普斯等人將暴露室與一個(gè)簡(jiǎn)單的室內(nèi)煙氣發(fā)生器相連接，用以評(píng)估煙氣對(duì)人支氣管上皮細(xì)胞和卡他莫拉菌感染的天然免疫反應(yīng)的影響。用泵將一支煙吸盡，將煙氣抽入一只1 000 mL的燒瓶中，對(duì)細(xì)胞進(jìn)行10 min的ALI暴露。結(jié)果表明，煙氣增加了細(xì)菌數(shù)量，但抑制了前列腺素E2（PGE2） 的產(chǎn)生，PGE2已被證明具有免疫調(diào)節(jié)功能。菲利普斯指出，該試驗(yàn)結(jié)果有助于闡明PGE2在阻塞性肺氣腫（COPD）患者的黏膜天然免疫反應(yīng)中的作用。

在最后一個(gè)例子中，瓜萊爾齊等人用管子將一支香煙、一個(gè)注射器和一個(gè)無(wú)菌瓶連接起來(lái)，形成一個(gè)T形結(jié)構(gòu)，結(jié)合處由一個(gè)閥門(mén)連接，從而制作出一個(gè)簡(jiǎn)單但獨(dú)特的裝置。無(wú)菌瓶中含有取自不抽煙的健康女人的角質(zhì)化口腔黏膜細(xì)胞，處于半浸沒(méi)條件，從而更好地模擬口腔生理環(huán)境[5]。在6 min內(nèi)，用注射器抽入煙氣，打開(kāi)閥門(mén)，將煙氣注入無(wú)菌瓶，然后取下無(wú)菌瓶，讓煙氣流出，使空氣再循環(huán)，重復(fù)操作直到香煙抽盡。暴露后，利用組織化學(xué)和免疫熒光技術(shù)分析細(xì)胞間黏附的生物標(biāo)志物。結(jié)果表明，對(duì)煙氣的反應(yīng)是從口腔上皮的基底層和基底上層開(kāi)始的，在煙氣暴露后3 h即出現(xiàn)了K14蛋白的高豐度表達(dá)。此外，這種裝置模擬了口腔黏膜的三維特性，而且能夠模擬吸氣、呼氣循環(huán)。

2.2 Borgwaldt系統(tǒng)

Borgwaldt RM20S是一種旋轉(zhuǎn)式、注射器式機(jī)械吸煙機(jī)，能夠同時(shí)抽吸8支香煙而且不會(huì)發(fā)生交叉污染。這種獨(dú)立抽煙的設(shè)計(jì)8種不同的卷煙煙氣稀釋成同一濃度或?qū)⒁环N卷煙煙氣稀釋成8種濃度。因此，RM20S型吸煙機(jī)既可以用于煙草制品評(píng)價(jià)，還可以用于基礎(chǔ)研究。首先，吸嘴吸一口煙氣，然后充入過(guò)濾空氣，達(dá)到稀釋的目的，通常以煙氣與空氣的體積比率來(lái)反映稀釋程度，高稀釋度需要一個(gè)連續(xù)稀釋的過(guò)程。將稀釋過(guò)的煙氣以0.8 L/min充入暴露室。每個(gè)吸嘴對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的暴露室，從而防止發(fā)生交叉污染。

盡管不是由同一公司生產(chǎn)，在設(shè)計(jì)上也不通用，但Borgwaldt RM20S型吸煙機(jī)幾乎和英美煙草公司（BAT）的暴露室完全匹配，這種暴露室由漢普郡工程技術(shù)有限責(zé)任公司生產(chǎn)。關(guān)于這二者的結(jié)合使用，已經(jīng)有一系列有關(guān)細(xì)胞體外研究進(jìn)展和暴露系統(tǒng)性能的論文發(fā)表。菲利普斯等人率先使用RM20S型吸煙機(jī)和 BAT暴露室研究了支氣管上皮細(xì)胞NCIH292暴露于卷煙煙氣后的細(xì)胞反應(yīng)。該項(xiàng)研究展示了細(xì)胞卷煙煙氣暴露之后的一系列反應(yīng)，如細(xì)胞毒性、顆粒沉積、mRNA和蛋白的表達(dá)[6]。蒙德斯等人對(duì)人類(lèi)肺支氣管上皮原代細(xì)胞進(jìn)行煙氣暴露后，使用基因芯片技術(shù)，圍繞基因表達(dá)差異進(jìn)行了更深入的研究。結(jié)果與先前體外、體內(nèi)研究中關(guān)于煙氣毒性的報(bào)道一致，如增加上皮細(xì)胞通透性、抗氧化反應(yīng)和MAPK途徑的增加。蒙德斯等人指出，細(xì)胞黏附效應(yīng)的下調(diào)反應(yīng)，可能導(dǎo)致了細(xì)胞通透性增加，有可能與卷煙煙氣誘發(fā)性疾病有關(guān)。

對(duì)RM20S型吸煙機(jī)性能最早進(jìn)行描述的是Kaur等人，他們對(duì)放在加拿大和英國(guó)2個(gè)位置的2臺(tái)機(jī)器進(jìn)行了比較。通過(guò)使用碳?xì)浠衔锓治鰞x，10%甲烷氣體體積標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)2個(gè)機(jī)器的稀釋精度進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果表明，雖然注射體積難免有些變化，但這2臺(tái)機(jī)器的稀釋精度是相似的（小于10%的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差）。亞當(dāng)森等人對(duì)RM20S型吸煙機(jī)的性能進(jìn)行了更進(jìn)一步的描述，測(cè)定了RM20S系統(tǒng)在暴露過(guò)程中的煙氣的損失。賽安等人在系統(tǒng)的不同位置（抽煙后，暴露室前和暴露室后） 安裝了電遷移率光譜儀。結(jié)果表明，主流煙氣在細(xì)胞暴露室前約有48%的損失，在暴露室中約有16%的損失。

RM20S型吸煙機(jī)與BAT暴露室的組合的主要局限在于，迄今為止，它幾乎只被英美煙草公司使用，使得其研究結(jié)果很難與使用其他暴露系統(tǒng)所做的研究結(jié)果進(jìn)行直接比較。

2.3 Burghart系統(tǒng)

Burghart公司的MSB-01型吸煙機(jī)與其他商業(yè)化的煙氣暴露系統(tǒng)有所不同，是一個(gè)多板層集成的系統(tǒng)，專(zhuān)為高通量的體外試驗(yàn)而設(shè)計(jì)。暴露板（96孔板）集成于暴露系統(tǒng)，因而提供了一種簡(jiǎn)單的暴露途徑，避免了將各個(gè)獨(dú)立的暴露模塊組合在一起的麻煩。MSB-01型吸煙機(jī)的吸嘴被設(shè)計(jì)成獨(dú)立的，這樣就可以同時(shí)對(duì)多種類(lèi)型香煙或者同種香煙不同劑量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，稀釋能力可達(dá)1∶150（煙氣體積∶空氣體積，V∶V）。一個(gè)煙氣分流板通過(guò)2個(gè)孔道對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)板進(jìn)行持續(xù)暴露。從吸煙開(kāi)始到細(xì)胞暴露于煙氣，大概需要6 s。

賽安等人對(duì)MSB-01型吸煙機(jī)的性能進(jìn)行了測(cè)試，包括多孔板中的顆粒沉積、煙氣損失量、顆粒大小和細(xì)胞存活率。將曝光過(guò)程中沉積在培養(yǎng)板上的顆粒物溶解在DMSO中，用比色法測(cè)定量的大??；在系統(tǒng)各個(gè)位置捕獲顆粒相物質(zhì)，從而測(cè)定煙氣的損失量；對(duì)支氣管上皮細(xì)胞BEAS-2B進(jìn)行煙氣暴露，從而測(cè)定細(xì)胞毒性。這些分析結(jié)果，有助于更好地了解MSB-01系統(tǒng)的性能表現(xiàn)[7]。此外，MSB-01系統(tǒng)對(duì)香煙煙氣的化學(xué)分析，有助于了解機(jī)器如何提供煙氣，以及稀釋度對(duì)顆粒物粒徑和分布的影響。賽安等人的研究結(jié)果表明，MSB-01系統(tǒng)的煙氣損失量與Borgwaldt RM20S系統(tǒng)相近，在40%～50%。

相比于其他煙氣暴露系統(tǒng)，MSB-01系統(tǒng)可以滿(mǎn)足高通量試驗(yàn)的需求。然而，這種系統(tǒng)的一個(gè)潛在缺陷是，它不支持對(duì)細(xì)胞進(jìn)行ALI暴露，這限制了MSB-01系統(tǒng)在初級(jí)細(xì)胞學(xué)研究中的應(yīng)用。

2.4 Vitrocell系統(tǒng)

VitrocellRVC 10型吸煙機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)式、單管道、連續(xù)稀釋性吸煙機(jī)，由德國(guó)Vitrocell公司生產(chǎn)。VC 10型吸煙機(jī)的注射器將卷煙主流煙氣輸送到獨(dú)立的連續(xù)流動(dòng)稀釋模塊，它包含了4～5個(gè)稀釋閥門(mén)。過(guò)濾空氣垂直于煙氣氣流流動(dòng)方向從稀釋閥門(mén)的上方和下方充入，與煙氣混合形成稀釋煙氣流，煙氣稀釋度通過(guò)增加或減小空氣氣流來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，由真空泵提供負(fù)壓，將稀釋過(guò)的煙氣從稀釋棒中吸到暴露模塊里。

VC 10型吸煙機(jī)通常與Vitrocell或Cultex暴露模塊聯(lián)合使用，因?yàn)檫@2個(gè)模塊的設(shè)計(jì)是互補(bǔ)的。暴露模塊直接安裝在連續(xù)流動(dòng)稀釋系統(tǒng)下面，細(xì)胞培養(yǎng)板分別暴露于從稀釋棒抽出的稀釋煙氣中。此外，Vitrocell公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)了幾種暴露模塊來(lái)適配該系統(tǒng)。例如，用于細(xì)胞轉(zhuǎn)染試驗(yàn)的3孔或4孔哺乳動(dòng)物細(xì)胞暴露模塊，以及用于高通量暴露試驗(yàn)的24孔和96孔培養(yǎng)板。此外，Vitrocell公司還研發(fā)了用于Ames試驗(yàn)的細(xì)菌暴露模塊。所有的暴露模塊采用相同的“喇叭型”設(shè)計(jì)方案，這種設(shè)計(jì)思想與Cultex公司共享，將細(xì)胞直接暴露于煙氣氣溶膠中，使模塊內(nèi)具有更有效的擴(kuò)散和沉積環(huán)境。

Okuwa等人使用VC 10系統(tǒng)，在多個(gè)吸煙條件下，將中國(guó)倉(cāng)鼠肺細(xì)胞暴露于卷煙主流煙氣中，分析了細(xì)胞微核效應(yīng)。此外，他們比較了全煙氣條件下與氣相條件下試驗(yàn)結(jié)果的不同。有意思的是，Okuwa及其同事注意到，各個(gè)吸煙條件下，卷煙主流煙氣、顆粒相與氣相造成的微核效應(yīng)是不同的，這表明，煙氣的各個(gè)部分都會(huì)對(duì)細(xì)胞微核效應(yīng)產(chǎn)生影響。此外，他們使用光度計(jì)光散射技術(shù)作為一種實(shí)時(shí)測(cè)量工具進(jìn)行半定量和監(jiān)測(cè)煙氣輸送，以確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。

和其他暴露系統(tǒng)一樣，VC 10系統(tǒng)有它自身的局限性。目前，有關(guān)VC 10系統(tǒng)的使用或介紹其性能的科學(xué)出版物比較少。此外，VC 10系統(tǒng)有很多參數(shù)可以設(shè)置，從而創(chuàng)建出所需的暴露模式。例如，稀釋空氣流（L/min） 和樣品流量（mL/min/板） 都可以獨(dú)立調(diào)節(jié)。然而，這種靈活性有可能是VC 10系統(tǒng)沒(méi)有得到大規(guī)模使用的原因，因?yàn)檫@些參數(shù)的設(shè)置操作還沒(méi)有充分完善。然而，這種情形在發(fā)生著變化，最近的一項(xiàng)研究使用這些參數(shù)來(lái)分析暴露模塊中的顆粒沉積量。有意思的是，增加樣品流量（mL/min）會(huì)使曝光模塊內(nèi)產(chǎn)生的顆粒沉積量減小。

2.5 CULTEX系統(tǒng)

位于德國(guó)漢諾威的CULTEX實(shí)驗(yàn)室為空氣中的物質(zhì)的體外毒理學(xué)分析，如油氣、顆粒物、揮發(fā)性化合物和復(fù)雜氣體混合物，提供了空氣-液體界面（ALI） 暴露試驗(yàn)的解決方案。CULTEX公司設(shè)計(jì)的體外暴露模塊可以應(yīng)用于各種暴露系統(tǒng)，適用于多種暴露條件。因此，CULTEX系統(tǒng)在研究體外氣溶膠暴露和吸入毒理學(xué)中發(fā)揮了積極作用。

在過(guò)去的10年中，CULTEX暴露模塊被用于研究許多復(fù)雜的氣溶膠，如柴油機(jī)車(chē)廢氣、卷煙煙氣、藥理學(xué)研究、揮發(fā)性化合物、顆粒物和環(huán)境污染物。這些研究的多樣性表明了CULTEX暴露模塊的應(yīng)用潛力。

在1999年和2000年，Aufderheide及其同事率先介紹了CULTEX暴露模塊的概念，在最初的2篇文獻(xiàn)中，概述了如何使用CULTEX系統(tǒng)對(duì)可吸入化合物（顆粒、礦物纖維和木屑）進(jìn)行體外ALI暴露試驗(yàn)。2001年，Ritter等人用CULTEX系統(tǒng)對(duì)合成的臭氧、二氧化氮進(jìn)行了測(cè)試，以探索CULTEX暴露模塊內(nèi)部的暴露條件，說(shuō)明該模塊可以為環(huán)境毒理學(xué)（空氣中的化學(xué)物質(zhì)）試驗(yàn)提供多種研究方法。此外，Aufderheide等人對(duì)CULTEX模塊的性能做了進(jìn)一步摸索，煙氣暴露之后，他們利用熒光分光光度計(jì)技術(shù)，檢測(cè)了顆粒沉積量、細(xì)胞活力和細(xì)胞谷胱甘肽表達(dá)水平。

CULTEX系統(tǒng)的最新進(jìn)展是徑向流系統(tǒng)（RFS），可對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)出量進(jìn)行精確控制。徑向排列的細(xì)胞培養(yǎng)孔均勻分布在中央進(jìn)氣口周?chē)篃煔廨斔透泳鶆?。RFS使用了“喇叭型”設(shè)計(jì)，使氣溶膠幾乎能直接輸送到細(xì)胞層。2011年，Aufderheide等人利用RFS系統(tǒng)，研究了人支氣管上皮細(xì)胞16HBE暴露于香煙煙氣后的細(xì)胞毒理學(xué)反應(yīng)。此外，還利用RFS系統(tǒng)，以沙門(mén)氏菌株TA98和TA100為受試菌株進(jìn)行Ames試驗(yàn)，分析了暴露于卷煙煙氣后產(chǎn)生的回復(fù)突變菌落。Aufderheide等人最近的一個(gè)研究表明，RFS模塊中3個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)孔流過(guò)的煙氣量是一致的，其中的一部分?jǐn)?shù)據(jù)由計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法獲得，這個(gè)方法可以使研究人員更深入地了解暴露模塊中的煙氣流量情況。RFS模塊的培養(yǎng)孔呈徑向排列，這從根本上不同于呈線性對(duì)稱(chēng)排列的其他暴露模塊，從而消除了線性采樣所造成的濃度差異。除了不同細(xì)胞培養(yǎng)孔煙氣流量一致，RFS模塊也可以同時(shí)培養(yǎng)3種不同的細(xì)胞，也可以進(jìn)行Ames試驗(yàn)。有意思的是，Aufderheide還分析了霧化納米氧化銅（CuO）顆粒的大小、分布與其沉積量之間的關(guān)系。例如，與細(xì)微顆粒相比，A549細(xì)胞直接暴露于納米氧化銅時(shí)，細(xì)胞毒性增加了。

對(duì)于多種暴露情況和氣溶膠化合物，CULTEX實(shí)驗(yàn)室提供了多種暴露模塊。CULTEX實(shí)驗(yàn)室還提供了沙塵氣溶膠發(fā)生系統(tǒng)，它由3個(gè)獨(dú)立的部件構(gòu)成：一個(gè)液壓機(jī)用于將各種粉末顆粒壓成粉餅，一個(gè)粉塵發(fā)生器用來(lái)提供均勻濃度的氣霧灰塵，一個(gè)綜合淘洗器用來(lái)貯存沙塵氣溶膠，這個(gè)綜合淘洗器像一個(gè)水庫(kù)一樣貯存著產(chǎn)生的顆粒物質(zhì)。