气液界面暴露系统的“同台竞技”——VitroCell®与CULTEX® RFS在肺泡共培养模型研究中的真实对比

前 言 在同一项研究中,同时使用…

前 言

在同一项研究中,同时使用两套不同的气液界面暴露系统,分别承担不同的实验任务——这为设备选型提供了罕见的“头对头”对比数据。法国团队的研究不仅验证了共培养模型的稳健性,也揭示了不同暴露系统的技术特点和适用场景。

双系统设计

法国国家工业环境与风险研究所的团队在开发A549/Ci-hAELVi共培养模型时,面临一个现实问题:实验室拥有两套气液界面暴露系统——一台是购置超过10年的VitroCell® 6 PT-CF模块,一台是新近购置的CULTEX® RFS径向流系统。

研究团队没有简单二选一,而是巧妙地将两套系统用于不同实验阶段:

气液界面暴露系统

这一“双系统”设计,为气液界面暴露设备的选型提供了极其珍贵的真实对比数据。

对比数据

VitroCell® 6 PT-CF模块

2.1 系统概述

VitroCell® 6 PT-CF模块是气液界面暴露领域的经典设备,本研究使用的版本已运行超过10年。它是一个多通道的静态暴露系统,适用于中等时间的细胞暴露实验。

气液界面暴露模块

2.2 在本研究中的应用

承担任务:共培养模型的基础表征

  • 细胞形态学观察
  • 单培养与共培养的生长对比
  • 24小时洁净空气暴露后的细胞毒性和代谢活性评估
  • 基因表达和表面活性蛋白分泌的定量分析

暴露条件

  • 气流速度:10 mL/min/insert
  • CO₂浓度:约5%
  • 温度:37℃(循环水浴控制)
  • 暴露时间:24小时

关键数据产出

  • 证实共培养模型在24小时空气暴露后,LDH释放与培养箱对照无显著差异
  • 证明共培养分泌的SP-B蛋白是单培养的4倍,SP-D是3倍
  • 完成AT1/AT2标志物的免疫荧光定位

2.3 系统特点

根据文献描述,可归纳VitroCell®系统的技术特点:

技术特点

2.4 研究中的表现

24小时暴露实验中,VitroCell®系统表现出色:

  • 细胞存活良好,无额外毒性
  • 数据可重复,4次独立实验证实结果一致
  • 成功支持免疫荧光、RT-qPCR、ELISA等多终点分析

CULTEX® RFS径向流系统

3.1 系统概述

CULTEX® RFS是Cultex Technology GmbH开发的径向流暴露系统,其设计特点是由中央一个进气入口然后径向分流经各个小室通道,气流在小室内垂直向下流向细胞表面。本研究用它来执行更严苛的实验任务。

径向流暴露系统

3.2 在本研究中的应用

承担任务一长时间暴露验证

  • 将共培养模型暴露于洁净空气8、24、72小时
  • 验证模型在长时间暴露下的稳定性
  • 评估气流本身对细胞的潜在影响

承担任务二:阳性对照毒性测试

  • 将ZnO气溶胶以1 mg/m³和2 mg/m³浓度暴露于共培养24小时
  • 评估细胞毒性、表面活性蛋白变化、促炎因子分泌

暴露条件

  • 气流速度:10 mL/min/insert(与VitroCell®保持一致)
  • CO₂浓度:约5%
  • 温度:37℃
  • 相对湿度:约80%(通过预热培养基自生)
  • 暴露时间:8、24、72小时

关键数据产出

  • 证实共培养模型在72小时空气暴露后,细胞活力、代谢活性、屏障功能均保持稳定
  • 首次证明ZnO气溶胶在气液界面暴露下,剂量依赖性地降低SP-B、升高SP-D
  • 检测到IL-1β、IL-8、TNF-α的显著升高,确认炎症反应

3.3 系统特点

根据文献描述,可归纳CULTEX® RFS的技术特点:

技术特点2

3.4 研究中的表现

CULTEX® RFS在三个关键维度上展现了优势:

1. 长时间稳定性

72小时连续暴露后,细胞仍保持:

  • 正常代谢活性(与培养箱对照无差异)
  • 完整屏障功能
  • 无显著细胞毒性

2. 气溶胶暴露能力

成功将ZnO气溶胶以恒定浓度暴露于细胞24小时,并观察到剂量依赖性的生物学效应。这表明系统能够:

  • 稳定产生和输送气溶胶
  • 保持气溶胶特性(粒径约800 nm)
  • 实现不同浓度梯度

3. 数据可重复性

研究进行了3次独立实验,每次使用9个insert(3个insert/模块 × 3模块),数据一致性良好,证明了系统的可靠性。

三次独立实验

VitroCell® vs CULTEX® RFS 横向对比

4.1 核心参数对比

参数对比

4.2 关键数据对比

细胞活力
数据一致性

4.3 VitroCell® vs CULTEX® RFS 汇总

1. Cultex(德国,ALI 技术开创者)

核心结构:径向辐射流(RFS/RFS compact),气溶胶从中心向四周360° 径向扩散到细胞表面。
气路设计:独立通道 + 高精度 MFC(质量流量控制器),每孔流量精度可达 0.5%。
小室兼容:RFS 支持 6/12/24 孔 全规格 Transwell;RFS compact 支持 12/24 孔,最多 6 孔并行(可分两组对照 / 处理)。
温度控制:全模块水浴控温 37℃(RFS compact可提供电加热恒温控制),细胞环境更稳定。
优势:沉积均匀性、剂量重复性、颗粒物(PM / 纳米颗粒)沉积效率极高(配合电沉积可达 95%)。
适配 A549/Ci‑hAELVi:对屏障完整、分化敏感的共培养体系,暴露应力更温和、数据更稳。

2. Vitrocell(德国)

核心结构:线性 “喇叭口” 直接喷射,气溶胶经喇叭喷嘴垂直定向吹向细胞表面。
气路设计:独立负压抽吸 + 动态稀释,气流速度、暴露时间精准可控。
小室兼容:主流 12/24 孔 Transwell,适配 Greiner ThinCerts、Corning Costar 等。
温度控制:模块内置加热,37℃ 恒温。
优势:气流速度快、暴露响应快、适合气体 / 挥发性物质、高通量并行。
适配 A549/Ci‑hAELVi:适合快速毒理筛选、气体 / 烟雾暴露,但对脆弱的共培养屏障需优化气流参数,每孔暴露精度和通道间的重复性稍差。

选型启示

5.1 文献为选型提供的5条建议

建议1:明确实验需求,再选设备

建议

建议2:长时间暴露能力正在成为“刚需”

随着研究从急性毒性向慢性效应延伸,72小时甚至更长的暴露时间将成为标准配置。选择设备时需为未来研究留出余量。

建议3:气溶胶暴露能力是分水岭

本研究中,只有CULTEX® RFS被用于ZnO气溶胶暴露。如果研究涉及真实环境颗粒物、纳米材料、香烟烟雾等,气溶胶暴露能力是必备条件。

建议4:系统可重复性比单项指标更重要

两套系统都产出了可重复的数据,说明只要方法学严谨,不同系统都能获得可靠结果。应优先选择有大量文献支持的、被广泛验证的系统。

建议2

5.3 成本效益分析

从文献中可以间接推断:

  • VitroCell®类系统:预算较低,暴露精度和实验重复性要求不高的实验室
  • CULTEX® RFS类系统:预算较高,对性能要求更高,实验更复杂的研究设计,适合吸入毒理学专业实验室

长远来看:如果实验室计划在吸入毒理学领域持续深耕,投资一套功能全面的长时间暴露系统,可以避免未来因设备限制而无法开展某些研究的困境。

结 语

法国团队的这项研究,无意中进行了一场气液界面暴露系统的“同台竞技”。VitroCell®和CULTEX® RFS各自完成了自己的任务,共同支持了一个新共培养模型的开发和验证。

对于正在或计划开展吸入毒理学研究的实验室,这篇文献提供了宝贵的选型参考:

  • VitroCell®类系统:数据相对较可靠,适合基础表征和急性暴露
  • CULTEX® RFS类系统:功能全面,精度高,支持长时间暴露和气溶胶毒性验证

研究设备国产推荐

【研究设备:德伯科技的国产化解决方案】

本研究的细胞暴露部分,同时使用了VitroCell® 6 PT-CF模块CULTEX® RFS径向流系统。其中CULTEX® RFS系统因其长时间稳定运行能力,被成功用于72小时暴露和ZnO气溶胶毒性验证,证明了其在慢性毒性研究中的价值。其核心技术参数包括:径向流设计确保各暴露通道间气溶胶分布高度均一,腔室间变异系数≤5%;温度控制精度37±0.1℃;湿度控制≥95%;支持长时间连续运行。

德伯科技是CULTEX中国技术服务中心,其自主研发的ACP系列气液界面细胞暴露系统,是CULTEX细胞暴露系统的国产替代方案:

  • ACP3/6/16系列:3、6、16通道灵活配置,满足从基础表征到高通量筛选的多种需求
  • 高均一性:辐射流设计确保各通道间气溶胶分布变异系数≤5%,达到国际先进水平
  • 长时间稳定运行:支持≥24小时连续暴露,满足本研究72小时长时间暴露的需求
  • 精准环境控制:温度37±0.1℃,湿度≥95%,完美复刻人体气道微环境
  • 气溶胶兼容性:可连接各类气溶胶发生器,支持纳米颗粒、香烟烟雾、生物气溶胶等多种暴露物质
ACP16

德伯科技力求为国内科研人员在动物吸入毒理领域、香烟发生器、粉尘颗粒物发生器,体外细胞染毒等领域研究,提供从标准化工具到定制化方案的全方位支持。欢迎就具体的技术需求或实验设计与我们进一步交流。

参考文献
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.

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