首先，我们将详细解释气液界面（ALI）暴露技术与能量代谢分析技术联合应用方案的原理、优势、应用和实验设计要点：

一、基础概念

1.        气液界面细胞暴露技术

原理：这是一种先进的体外细胞培养和暴露技术。细胞生长在多孔膜（如Transwell培养小室）上，其顶端暴露在空气中，基底面浸没在培养基中。

核心优势：它能够高度模拟人体呼吸道（如肺部）的生理环境。细胞在气液界面分化更成熟，形成完整的屏障功能、产生黏液、并长出纤毛（对于原代呼吸道上皮细胞）。当需要测试气体、气溶胶（如PM2.5、电子烟烟雾）、纳米颗粒或挥发性化合物时，被测物质可以直接、均匀地作用于细胞表面，这与人体真实的暴露方式一致，如Databiosci公司的高精度气液界面暴露系统ACP6或高通量气液界面暴露系统ACP16。

2.        Seahorse细胞能量代谢分析仪

原理：一种实时、动态分析活细胞能量代谢功能的仪器。它通过精密传感器实时检测细胞培养微环境中的耗氧率（OCR，代表线粒体呼吸）和产酸率（ECAR，主要代表糖酵解）。

核心优势：提供细胞能量代谢的实时“心电图”，可以评估线粒体功能、糖酵解能力以及细胞的代谢表型（是更依赖氧化磷酸化还是糖酵解来供能）。

二、联合应用的原理与工作流程

气液界面（ALI）暴露技术与能量代谢分析技术联合应用方案将两者联用的核心思想是：在高度生理相关的暴露模型（气液界面）上，精确评估外源物质对细胞能量代谢的直接影响。

基本工作流程如下：

1.        细胞培养与分化：将目标细胞（如人气道上皮细胞、肺泡上皮细胞）接种在Transwell小室中（德伯科技Databiosci的ACP6/ACP16均提供12孔板或24孔板），在气液界面条件下培养，使其充分分化（通常需要数天至数周），形成功能性的上皮屏障。

2.        气液界面暴露：使用专门的气液界面暴露系统，将分化好的细胞暴露于待测物（如香烟烟雾、大气颗粒物、挥发性有机化合物、药物气雾剂等）暴露一定时间。

3.        样品准备与检测：

暴露结束后，将Transwell培养小室从暴露装置中取出。

将细胞膜从培养小室上小心取下，并转移到Seahorse分析专用的微孔板中。这是一个关键步骤，需要优化细胞膜的剥离和固定方法，确保细胞活性。

在Seahorse仪器中，按照标准程序（如Mito StressTest或GlycoStress Test）进行实时代谢测定。通过依次注入寡霉素、FCCP、鱼藤酮/抗霉素A等抑制剂，得到关键的代谢参数（基础呼吸、ATP产量、最大呼吸能力、备用呼吸能力、糖酵解能力等）。

三、联合应用的巨大优势

1.        生理相关性极高：这是最大的优势。相比传统的液体培养暴露（将颗粒物或化合物溶解在培养基中），气液界面暴露更真实地模拟了吸入暴露的路径和细胞反应，结果更具预测价值。

2.        高灵敏度和特异性：Seahorse技术能够检测到非常细微的代谢变化。即使暴露剂量较低，尚未引起细胞死亡，也可能先干扰其能量代谢功能，从而实现早期毒性预警。

3.        揭示作用机制：能量代谢是细胞的核心功能。许多环境毒物和药物会直接或间接影响线粒体。通过联用，可以明确回答：

该物质是否损害了线粒体功能？

细胞是否从氧化代谢转向了糖酵解（即Warburg效应，与炎症和癌变相关）？

细胞的代谢适应性如何？

4.        强大的数据产出：获得的是动态、多参数的功能性数据，远比单一的细胞活性检测（如MTT）提供的信息更丰富、更深入。

四、典型应用领域

·  吸入毒理学：

·  香烟烟雾研究：评估主流烟、侧流烟对呼吸道上皮细胞代谢的急性和慢性影响（德伯科技Databiosci提供全自动香烟烟气发生装置CSR300和半自动香烟烟气发生器ASG）。

·  大气颗粒物（PM2.5/PM10）：研究PM引起肺部损伤的代谢机制（德伯科技Databiosci可提供细颗粒物粉尘气溶胶发生器）。

·  电子烟气溶胶：比较电子烟与传统卷烟的相对毒性。

·  工业化学品/纳米材料： 评估其吸入安全性。

·  呼吸系统疾病模型：

·  感染模型：研究流感病毒、细菌等感染如何改变宿主细胞的能量代谢。

·  炎症性疾病：如慢性阻塞性肺疾病（COPD）、哮喘的体外模型研究。

·  癌症研究：研究肺癌细胞在更真实环境下的代谢特征。

·  吸入药物开发：

评估新型吸入式药物（如抗生素、抗纤维化药物）对正常肺细胞能量代谢的潜在副作用。

筛选能够调节病理状态下细胞代谢的药物。

五、实验设计与技术挑战

1. 气液界面细胞暴露系统ALI时细胞在小室底膜（多孔膜，如Transwell底膜）上并暴露于空气载体的气溶胶上，而Seahorse 需要在专用平底/有电极的XF细胞培养板中进行实时测量——两者的“容器状态”不同。

2. 因此常见策略是：先在气液界面细胞暴露系统ALI上完成暴露，再把“暴露后的生物学状态”转移/保留到Seahorse测试条件中进行代谢测定；

总结：

气液界面（ALI）暴露技术与能量代谢分析技术联合应用方案成功地将一个高度仿生的暴露模型与一个灵敏的功能读取工具结合在一起，使研究人员能够在分子水平上深入理解吸入性物质如何破坏细胞的“能量工厂”，为安全性评价和药物研发提供了前所未有的洞察力。更多问题请咨询天津德伯科技有限公司。