在同一項(xiàng)研究中,同時(shí)使用兩套不同的氣液界面暴露系統(tǒng),分別承擔(dān)不同的實(shí)驗(yàn)任務(wù)——這為設(shè)備選型提供了罕見的“頭對(duì)頭”對(duì)比數(shù)據(jù)。法國(guó)團(tuán)隊(duì)的研究不僅驗(yàn)證了共培養(yǎng)模型的穩(wěn)健性,也揭示了不同暴露系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)和適用場(chǎng)景。
雙系統(tǒng)設(shè)計(jì)
法國(guó)國(guó)家工業(yè)環(huán)境與風(fēng)險(xiǎn)研究所的團(tuán)隊(duì)在開發(fā)A549/Ci-hAELVi共培養(yǎng)模型時(shí),面臨一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題:實(shí)驗(yàn)室擁有兩套氣液界面暴露系統(tǒng)——一臺(tái)是購置超過10年的VitroCell® 6 PT-CF模塊,一臺(tái)是新近購置的CULTEX® RFS徑向流系統(tǒng)。
研究團(tuán)隊(duì)沒有簡(jiǎn)單二選一,而是巧妙地將兩套系統(tǒng)用于不同實(shí)驗(yàn)階段:
| 系統(tǒng) | 實(shí)驗(yàn)室擁有時(shí)間 | 在本研究中的用途 | 暴露時(shí)間 |
|---|---|---|---|
| VitroCell® 6 PT-CF模塊 | >10年 | 共培養(yǎng)模型的基礎(chǔ)表征 | 24小時(shí) |
| CULTEX® RFS徑向流系統(tǒng) | 新購置 | 長(zhǎng)時(shí)間暴露驗(yàn)證、ZnO毒性測(cè)試 | 8、24、72小時(shí) |
這一“雙系統(tǒng)”設(shè)計(jì),為氣液界面暴露設(shè)備的選型提供了極其珍貴的真實(shí)對(duì)比數(shù)據(jù)。
VitroCell® 6 PT-CF模塊
2.1 系統(tǒng)概述
VitroCell® 6 PT-CF模塊是氣液界面暴露領(lǐng)域的經(jīng)典設(shè)備,本研究使用的版本已運(yùn)行超過10年。它是一個(gè)多通道的靜態(tài)暴露系統(tǒng),適用于中等時(shí)間的細(xì)胞暴露實(shí)驗(yàn)。
細(xì)胞形態(tài)學(xué)觀察
單培養(yǎng)與共培養(yǎng)的生長(zhǎng)對(duì)比
24小時(shí)潔凈空氣暴露后的細(xì)胞毒性和代謝活性評(píng)估
基因表達(dá)和表面活性蛋白分泌的定量分析
暴露條件:
氣流速度:10 mL/min/insert
CO₂濃度:約5%
溫度:37℃(循環(huán)水浴控制)
暴露時(shí)間:24小時(shí)
關(guān)鍵數(shù)據(jù)產(chǎn)出:
證實(shí)共培養(yǎng)模型在24小時(shí)空氣暴露后,LDH釋放與培養(yǎng)箱對(duì)照無顯著差異
證明共培養(yǎng)分泌的SP-B蛋白是單培養(yǎng)的4倍,SP-D是3倍
完成AT1/AT2標(biāo)志物的免疫熒光定位
根據(jù)文獻(xiàn)描述,可歸納VitroCell®系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn):
| 參數(shù) | 特點(diǎn) |
|---|---|
| 暴露時(shí)間限制 | ≤24小時(shí) |
| 氣流控制 | 靜態(tài)暴露,氣流穩(wěn)定 |
| 溫濕度控制 | 外置水浴循環(huán),需提前預(yù)熱 |
| 通道數(shù) | 6通道(本研究使用3個(gè)模塊并聯(lián)) |
| 適用場(chǎng)景 | 基礎(chǔ)表征、急性暴露 |
24小時(shí)暴露實(shí)驗(yàn)中,VitroCell®系統(tǒng)表現(xiàn)出色:
細(xì)胞存活良好,無額外毒性
數(shù)據(jù)可重復(fù),4次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)證實(shí)結(jié)果一致
成功支持免疫熒光、RT-qPCR、ELISA等多終點(diǎn)分析
CULTEX® RFS徑向流系統(tǒng)
3.1 系統(tǒng)概述將共培養(yǎng)模型暴露于潔凈空氣8、24、72小時(shí)
驗(yàn)證模型在長(zhǎng)時(shí)間暴露下的穩(wěn)定性
評(píng)估氣流本身對(duì)細(xì)胞的潛在影響
承擔(dān)任務(wù)二:陽性對(duì)照毒性測(cè)試
將ZnO氣溶膠以1 mg/m³和2 mg/m³濃度暴露于共培養(yǎng)24小時(shí)
評(píng)估細(xì)胞毒性、表面活性蛋白變化、促炎因子分泌
暴露條件:
氣流速度:10 mL/min/insert(與VitroCell®保持一致)
CO₂濃度:約5%
溫度:37℃
相對(duì)濕度:約80%(通過預(yù)熱培養(yǎng)基自生)
暴露時(shí)間:8、24、72小時(shí)
關(guān)鍵數(shù)據(jù)產(chǎn)出:
證實(shí)共培養(yǎng)模型在72小時(shí)空氣暴露后,細(xì)胞活力、代謝活性、屏障功能均保持穩(wěn)定
首次證明ZnO氣溶膠在氣液界面暴露下,劑量依賴性地降低SP-B、升高SP-D
檢測(cè)到IL-1β、IL-8、TNF-α的顯著升高,確認(rèn)炎癥反應(yīng)
根據(jù)文獻(xiàn)描述,可歸納CULTEX® RFS的技術(shù)特點(diǎn):
| 參數(shù) | 特點(diǎn) |
|---|---|
| 暴露時(shí)間限制 | ≥72小時(shí)(本研究驗(yàn)證) |
| 氣流設(shè)計(jì) | 徑向流,各通道均一性高 |
| 溫濕度控制 | 集成式電加熱,自生加濕 |
| 通道數(shù) | 多模塊并行,每模塊3個(gè)insert |
| 適用場(chǎng)景 | 長(zhǎng)時(shí)間暴露、慢性毒性、氣溶膠暴露 |
CULTEX® RFS在三個(gè)關(guān)鍵維度上展現(xiàn)了優(yōu)勢(shì):
1. 長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性
72小時(shí)連續(xù)暴露后,細(xì)胞仍保持:
正常代謝活性(與培養(yǎng)箱對(duì)照無差異)
完整屏障功能
無顯著細(xì)胞毒性
這一結(jié)果為開展“慢性”體外暴露研究提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
2. 氣溶膠暴露能力
成功將ZnO氣溶膠以恒定濃度暴露于細(xì)胞24小時(shí),并觀察到劑量依賴性的生物學(xué)效應(yīng)。這表明系統(tǒng)能夠:
穩(wěn)定產(chǎn)生和輸送氣溶膠
保持氣溶膠特性(粒徑約800 nm)
實(shí)現(xiàn)不同濃度梯度
3. 數(shù)據(jù)可重復(fù)性
研究進(jìn)行了3次獨(dú)立實(shí)驗(yàn),每次使用9個(gè)insert(3個(gè)insert/模塊 × 3模塊),數(shù)據(jù)一致性良好,證明了系統(tǒng)的可靠性。
VitroCell® vs CULTEX® RFS 橫向?qū)Ρ?/strong>
4.1 核心參數(shù)對(duì)比
| 對(duì)比維度 | Cultex | Vitrocell | 對(duì) A549/Ci‑hAELVi 的影響 |
| 氣溶膠輸送方式 | 徑向輻射流,360° 均勻擴(kuò)散 | 線性喇叭口,垂直定向噴射 | Cultex 更溫和,共培養(yǎng)屏障不易受損;Vitrocell 氣流更強(qiáng),暴露效率高但需控流速 |
| 沉積效率 | 顆粒物沉積效率高(電沉積可達(dá) 95%) | 氣體 / 揮發(fā)性物質(zhì)沉積效率高 | Cultex 適合顆粒物 / 煙霧毒理等各種氣溶膠;Vitrocell 適合氣體 及VOC等不含顆粒物氣溶膠的暴露 |
| 劑量重復(fù)性 | 極高(獨(dú)立 MFC,0.5% 流量精度) | 高(動(dòng)態(tài)稀釋 + 負(fù)壓控制) | 對(duì)共培養(yǎng) TEER、細(xì)胞活力、炎癥因子數(shù)據(jù),Cultex 組內(nèi) / 組間重復(fù)性更好 |
| 小室數(shù)量 / 并行 | RFS:3 孔;RFS compact:6 孔(可分組) | 多模塊并行,高通量 | Cultex 適合小樣本精細(xì)實(shí)驗(yàn);Vitrocell 適合大樣本篩選(目前德伯提供高通量暴露系統(tǒng)) |
| 維護(hù) / 滅菌 | 耐高溫高壓,易拆洗,無交叉污染 | 模塊化設(shè)計(jì),易清潔 | 對(duì)長(zhǎng)期共培養(yǎng)(ALI 分化 7–14 天),Cultex 滅菌更徹底 |
| 價(jià)格 | 高(精密徑向結(jié)構(gòu) + 獨(dú)立 MFC) | 中高(線性結(jié)構(gòu) + 動(dòng)態(tài)稀釋) | 預(yù)算有限選 Vitrocell;追求數(shù)據(jù)可靠性選 Cultex |
細(xì)胞活力(LDH釋放):
| 系統(tǒng) | 暴露條件 | LDH釋放(%陽性對(duì)照) |
|---|---|---|
| VitroCell® | 24小時(shí)潔凈空氣 | 與培養(yǎng)箱對(duì)照無顯著差異 |
| CULTEX® RFS | 8小時(shí)潔凈空氣 | 與培養(yǎng)箱對(duì)照無顯著差異 |
| CULTEX® RFS | 24小時(shí)潔凈空氣 | 與培養(yǎng)箱對(duì)照無顯著差異 |
| CULTEX® RFS | 72小時(shí)潔凈空氣 | 與培養(yǎng)箱對(duì)照無顯著差異 |
代謝活性:
| 系統(tǒng) | 暴露條件 | 代謝活性(%培養(yǎng)箱對(duì)照) |
|---|---|---|
| VitroCell® | 24小時(shí)潔凈空氣 | ~100% |
| CULTEX® RFS | 72小時(shí)潔凈空氣 | ~105%(無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異) |
數(shù)據(jù)一致性:
VitroCell®:4次獨(dú)立實(shí)驗(yàn),數(shù)據(jù)穩(wěn)定
CULTEX® RFS:3次獨(dú)立實(shí)驗(yàn),數(shù)據(jù)一致
2. Vitrocell(德國(guó))
選型啟示
5.1 文獻(xiàn)為選型提供的5條建議
| 如果主要實(shí)驗(yàn)是... | 優(yōu)先考慮... |
|---|---|
| 24小時(shí)以內(nèi)的急性暴露、基礎(chǔ)表征 | VitroCell®類系統(tǒng)即可滿足 |
| 72小時(shí)以上的長(zhǎng)時(shí)間暴露、慢性毒性 | CULTEX® RFS類系統(tǒng)必不可少 |
| 氣溶膠毒性驗(yàn)證 | 需具備氣溶膠發(fā)生和輸送能力 |
| 高通量篩選 | 需考慮通道數(shù)和自動(dòng)化程度 |
建議2:長(zhǎng)時(shí)間暴露能力正在成為“剛需”
隨著研究從急性毒性向慢性效應(yīng)延伸,72小時(shí)甚至更長(zhǎng)的暴露時(shí)間將成為標(biāo)準(zhǔn)配置。選擇設(shè)備時(shí)需為未來研究留出余量。
建議3:氣溶膠暴露能力是分水嶺
本研究中,只有CULTEX® RFS被用于ZnO氣溶膠暴露。如果研究涉及真實(shí)環(huán)境顆粒物、納米材料、香煙煙霧等,氣溶膠暴露能力是必備條件。
建議4:系統(tǒng)可重復(fù)性比單項(xiàng)指標(biāo)更重要
兩套系統(tǒng)都產(chǎn)出了可重復(fù)的數(shù)據(jù),說明只要方法學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),不同系統(tǒng)都能獲得可靠結(jié)果。應(yīng)優(yōu)先選擇有大量文獻(xiàn)支持的、被廣泛驗(yàn)證的系統(tǒng)。
VitroCell®類系統(tǒng):預(yù)算較低,暴露精度和實(shí)驗(yàn)重復(fù)性要求不高的實(shí)驗(yàn)室;
CULTEX® RFS類系統(tǒng):預(yù)算較高,對(duì)性能要求更高,實(shí)驗(yàn)更復(fù)雜的研究設(shè)計(jì),適合吸入毒理學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室。
長(zhǎng)遠(yuǎn)來看:如果實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃在吸入毒理學(xué)領(lǐng)域持續(xù)深耕,投資一套功能全面的長(zhǎng)時(shí)間暴露系統(tǒng),可以避免未來因設(shè)備限制而無法開展某些研究的困境。
結(jié)語
法國(guó)團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究,無意中進(jìn)行了一場(chǎng)氣液界面暴露系統(tǒng)的“同臺(tái)競(jìng)技”。VitroCell®和CULTEX® RFS各自完成了自己的任務(wù),共同支持了一個(gè)新共培養(yǎng)模型的開發(fā)和驗(yàn)證。
對(duì)于正在或計(jì)劃開展吸入毒理學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)室,這篇文獻(xiàn)提供了寶貴的選型參考:
VitroCell®類系統(tǒng):數(shù)據(jù)相對(duì)較可靠,適合基礎(chǔ)表征和急性暴露
CULTEX® RFS類系統(tǒng):功能全面,精度高,支持長(zhǎng)時(shí)間暴露和氣溶膠毒性驗(yàn)證
研究設(shè)備國(guó)產(chǎn)推薦
【研究設(shè)備:德伯科技的國(guó)產(chǎn)化解決方案】
本研究的細(xì)胞暴露部分,同時(shí)使用了VitroCell® 6 PT-CF模塊和CULTEX® RFS徑向流系統(tǒng)。其中CULTEX® RFS系統(tǒng)因其長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行能力,被成功用于72小時(shí)暴露和ZnO氣溶膠毒性驗(yàn)證,證明了其在慢性毒性研究中的價(jià)值。其核心技術(shù)參數(shù)包括:徑向流設(shè)計(jì)確保各暴露通道間氣溶膠分布高度均一,腔室間變異系數(shù)≤5%;溫度控制精度37±0.1℃;濕度控制≥95%;支持長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行。
德伯科技是CULTEX中國(guó)技術(shù)服務(wù)中心,其自主研發(fā)的ACP系列氣液界面細(xì)胞暴露系統(tǒng),是CULTEX細(xì)胞暴露系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)替代方案:
ACP3/6/16系列:3、6、16通道靈活配置,滿足從基礎(chǔ)表征到高通量篩選的多種需求
高均一性:輻射流設(shè)計(jì)確保各通道間氣溶膠分布變異系數(shù)≤5%,達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平
長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行:支持≥24小時(shí)連續(xù)暴露,滿足本研究72小時(shí)長(zhǎng)時(shí)間暴露的需求
精準(zhǔn)環(huán)境控制:溫度37±0.1℃,濕度≥95%,完美復(fù)刻人體氣道微環(huán)境
氣溶膠兼容性:可連接各類氣溶膠發(fā)生器,支持納米顆粒、香煙煙霧、生物氣溶膠等多種暴露物質(zhì)
德伯科技力求為國(guó)內(nèi)科研人員在動(dòng)物吸入毒理領(lǐng)域、香煙發(fā)生器、粉塵顆粒物發(fā)生器,體外細(xì)胞染毒等領(lǐng)域研究,提供從標(biāo)準(zhǔn)化工具到定制化方案的全方位支持。歡迎就具體的技術(shù)需求或?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)與我們進(jìn)一步交流。
參考文獻(xiàn)
Alunni A, Simonin O, Barbier G, et al. A549 and Ci-hAELVi cell lines coculture as a new human alveolar epithelium model for air-liquid interface exposure. Toxicology in Vitro, 2026; 112:106200.