肺泡上皮—内皮界面与呼吸相关伸展
Science 于 2010 年发表 Reconstituting Organ-Level Lung Functions on a Chip，介绍将肺泡相关上皮、微血管内皮和呼吸机械活动共同纳入微型体外系统的研究。它为器官芯片提供的早期思路，是在细胞之外保留组织界面与物理环境。
模型中的上皮与内皮位于柔性界面的两侧，上皮接触气液界面，另一侧与血管样通道对应。周期性伸展模拟呼吸时组织受到的力，使细胞能够在保持分区的同时受到共同机械作用。
研究通过屏障完整性、颗粒摄取及跨界面运输比较，检验机械活动怎样影响模型反应。
气液界面的分泌与屏障功能
上皮处于气液界面后，研究观察到表面活性物质增加、组织层电阻提高，以及白蛋白通透性下降。
周期性伸展未明显改变白蛋白通透性，但使内皮细胞沿特定方向排列。
作者讨论了模型与真实肺泡在细胞来源、组织厚度、细胞组成和压力条件上的差异。原装置采用转化肺细胞，实验评价其屏障及机械响应功能。
不同颗粒与机械伸展的炎症、氧化应激反应
纳米颗粒比较显示，二氧化硅颗粒与呼吸相关伸展共同存在时，内皮炎症相关指标比单独伸展更明显。伸展本身并没有产生同样反应，提示物质与机械环境之间存在相互作用。炎症相关黏附蛋白升高还伴随中性粒细胞被内皮捕获，随后跨过组织界面到达上皮侧。
氧化应激也呈现类似差异。二氧化硅颗粒在相应静态条件下引起较少变化，在伸展条件下，上皮中的活性氧增加；内皮也发生变化，但反应出现的时间不同。抗氧化干预减弱部分相关反应，为解释过程提供了额外比较。
在所比较条件下，上皮细胞内的活性氧水平在最初 2 小时达到初始水平的 4 倍以上；内皮细胞约升至 3 倍，反应比上皮晚出现。
羧基化量子点出现了类似反应，聚乙二醇包覆的量子点等材料则没有同样表现。超顺磁性铁纳米颗粒仅引起较小、短暂的活性氧升高。
暴露时间同样重要。较长时间的二氧化硅颗粒暴露在静态条件下也能出现较强氧化应激，因此动态与静态检测的差异可能涉及反应出现的速度。
颗粒摄取与跨屏障运输的测量
细胞摄取比较显示，机械活动条件下，上皮和内皮中的颗粒更容易被检测到。
具体摄取结果中，具有机械活动的上皮和内皮有超过 70% 的细胞出现颗粒内化，静态条件下的比例约低一个数量级。
研究还比较了到达血管样分区的颗粒比例。在静态芯片及静态 Transwell 培养体系中，颗粒运输较少；模拟呼吸运动后，运输量达到静态条件的 4 倍以上。
摄取与运输比较还使用了不同尺度的颗粒，分别约为 100 nm 和 20 nm。
值得注意的是，同类伸展比较中的白蛋白运输没有同样增加。作者据此讨论跨细胞或选择性细胞间运输等可能过程。
抗氧化处理还减弱了颗粒转运增加，离体小鼠完整肺的比较则观察到呼吸活动与更高运输相关。模型与完整组织在这一功能上的方向对应，为机械因素的重要性增加了证据。
组织界面、力学与药物模型的功能设计
这项研究的实际材料比较以颗粒为主。其与药物 NAMs 的关系，在于展示了组织界面、气液状态及呼吸相关力学能够改变暴露与功能结果。
作者提出，类似模型可用于药物和毒性相关研究，并可能扩展到其他组织界面。