VitroCell與CULTEX在肺泡共培養(yǎng)模型中的真實對比
在同一項研究中，同時使用兩套不同的氣液界面暴露系統(tǒng)，分別承擔不同的實驗任務——這為設備選型提供了罕見的“頭對頭”對比數(shù)據(jù)。法國團隊的研究不僅驗證了共培養(yǎng)模型的穩(wěn)健性，也揭示了不同暴露系統(tǒng)的技術(shù)特點和適用場景。
雙系統(tǒng)設計
法國國家工業(yè)環(huán)境與風險研究所的團隊在開發(fā)A549/Ci-hAELVi共培養(yǎng)模型時，面臨一個現(xiàn)實問題：實驗室擁有兩套氣液界面暴露系統(tǒng)——一臺是購置超過10年的VitroCell® 6 PT-CF模塊，一臺是新近購置的CULTEX® RFS徑向流系統(tǒng)。
研究團隊沒有簡單二選一，而是巧妙地將兩套系統(tǒng)用于不同實驗階段：
| 系統(tǒng) | 實驗室擁有時間 | 在本研究中的用途 | 暴露時間 |
|---|---|---|---|
| VitroCell® 6 PT-CF模塊 | >10年 | 共培養(yǎng)模型的基礎表征 | 24小時 |
| CULTEX® RFS徑向流系統(tǒng) | 新購置 | 長時間暴露驗證、ZnO毒性測試 | 8、24、72小時 |
這一“雙系統(tǒng)”設計，為氣液界面暴露設備的選型提供了極其珍貴的真實對比數(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域的經(jīng)典設備，本研究使用的版本已運行超過10年。它是一個多通道的靜態(tài)暴露系統(tǒng)，適用于中等時間的細胞暴露實驗。
承擔任務：共培養(yǎng)模型的基礎表征
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細胞形態(tài)學觀察
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單培養(yǎng)與共培養(yǎng)的生長對比
-
24小時潔凈空氣暴露后的細胞毒性和代謝活性評估
-
基因表達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
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CO₂濃度：約5%
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溫度：37℃（循環(huán)水浴控制）
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暴露時間：24小時
關鍵數(shù)據(jù)產(chǎn)出：
-
證實共培養(yǎng)模型在24小時空氣暴露后，LDH釋放與培養(yǎng)箱對照無顯著差異
-
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標志物的免疫熒光定位
根據(jù)文獻描述，可歸納VitroCell®系統(tǒng)的技術(shù)特點：
| 參數(shù) | 特點 |
|---|---|
| 暴露時間限制 | ≤24小時 |
| 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)，需提前預熱 |
| 通道數(shù) | 6通道（本研究使用3個模塊并聯(lián)） |
| 適用場景 | 基礎表征、急性暴露 |
24小時暴露實驗中，VitroCell®系統(tǒng)表現(xiàn)出色：
-
細胞存活良好，無額外毒性
-
數(shù)據(jù)可重復，4次獨立實驗證實結(jié)果一致
-
成功支持免疫熒光、RT-qPCR、ELISA等多終點分析
CULTEX® RFS徑向流系統(tǒng)
3.1 系統(tǒng)概述CULTEX® RFS是Cultex Technology GmbH開發(fā)的徑向流暴露系統(tǒng)，其設計特點是由中央一個進氣入口然后徑向分流經(jīng)各個小室通道，氣流在小室內(nèi)垂直向下流向細胞表面。本研究用它來執(zhí)行更嚴苛的實驗任務。
3.2 在本研究中的應用
承擔任務一：長時間暴露驗證
-
將共培養(yǎng)模型暴露于潔凈空氣8、24、72小時
-
驗證模型在長時間暴露下的穩(wěn)定性
-
評估氣流本身對細胞的潛在影響
承擔任務二：陽性對照毒性測試
-
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
-
評估細胞毒性、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℃
-
相對濕度：約80%（通過預熱培養(yǎng)基自生）
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暴露時間：8、24、72小時
關鍵數(shù)據(jù)產(chǎn)出：
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證實共培養(yǎng)模型在72小時空氣暴露后，細胞活力、代謝活性、屏障功能均保持穩(wěn)定
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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
-
檢測到IL-1β、IL-8、TNF-α的顯著升高，確認炎癥反應
根據(jù)文獻描述，可歸納CULTEX® RFS的技術(shù)特點：
| 參數(shù) | 特點 |
|---|---|
| 暴露時間限制 | ≥72小時（本研究驗證） |
| 氣流設計 | 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insert |
| 適用場景 | 長時間暴露、慢性毒性、氣溶膠暴露 |
CULTEX® RFS在三個關鍵維度上展現(xiàn)了優(yōu)勢：
1. 長時間穩(wěn)定性
72小時連續(xù)暴露后，細胞仍保持：
-
正常代謝活性（與培養(yǎng)箱對照無差異）
-
完整屏障功能
-
無顯著細胞毒性
這一結(jié)果為開展“慢性”體外暴露研究提供了技術(shù)基礎。
2. 氣溶膠暴露能力
成功將ZnO氣溶膠以恒定濃度暴露于細胞24小時，并觀察到劑量依賴性的生物學效應。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）
-
實現(xiàn)不同濃度梯度
3. 數(shù)據(jù)可重復性
研究進行了3次獨立實驗，每次使用9個insert（3個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)對比
| 對比維度 | Cultex | Vitrocell | 對 A549/Ci‑hAELVi 的影響 |
| 氣溶膠輸送方式 | 徑向輻射流，360° 均勻擴散 | 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，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 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 |
| 劑量重復性 | 極高（獨立 MFC，0.5% 流量精度） | 高（動態(tài)稀釋 + 負壓控制） | 對共培養(yǎng) TEER、細胞活力、炎癥因子數(shù)據(jù)，Cultex 組內(nèi) / 組間重復性更好 |
| 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 適合小樣本精細實驗；Vitrocell 適合大樣本篩選（目前德伯提供高通量暴露系統(tǒng)） |
| 維護 / 滅菌 | 耐高溫高壓，易拆洗，無交叉污染 | 模塊化設計，易清潔 | 對長期共培養(yǎng)（ALI 分化 7–14 天），Cultex 滅菌更徹底 |
| 價格 | 高（精密徑向結(jié)構(gòu) + 獨立 MFC） | 中高（線性結(jié)構(gòu) + 動態(tài)稀釋） | 預算有限選 Vitrocell；追求數(shù)據(jù)可靠性選 Cultex |
細胞活力（LDH釋放）：
| 系統(tǒng) | 暴露條件 | LDH釋放（%陽性對照） |
|---|---|---|
| VitroCell® | 24小時潔凈空氣 | 與培養(yǎng)箱對照無顯著差異 |
| CULTEX® RFS | 8小時潔凈空氣 | 與培養(yǎng)箱對照無顯著差異 |
| CULTEX® RFS | 24小時潔凈空氣 | 與培養(yǎng)箱對照無顯著差異 |
| CULTEX® RFS | 72小時潔凈空氣 | 與培養(yǎng)箱對照無顯著差異 |
代謝活性：
| 系統(tǒng) | 暴露條件 | 代謝活性（%培養(yǎng)箱對照） |
|---|---|---|
| VitroCell® | 24小時潔凈空氣 | ~100% |
| CULTEX® RFS | 72小時潔凈空氣 | ~105%（無統(tǒng)計學差異） |
數(shù)據(jù)一致性：
-
VitroCell®：4次獨立實驗，數(shù)據(jù)穩(wěn)定
-
CULTEX® RFS：3次獨立實驗，數(shù)據(jù)一致
4.3 VitroCell® vs CULTEX® RFS 匯總
1. Cultex（德國，ALI 技術(shù)開創(chuàng)者）
- 核心結(jié)構(gòu)：徑向輻射流（RFS/RFS compact），氣溶膠從中心向四周360° 徑向擴散到細胞表面。
- 氣路設計：獨立通道 + 高精度 MFC（質(zhì)量流量控制器），每孔流量精度可達 0.5%。
- 小室兼容：RFS 支持 6/12/24 孔 全規(guī)格 Transwell；RFS compact 支持 12/24 孔，最多 6 孔并行（可分兩組對照 / 處理）。
- 溫度控制：全模塊水浴控溫 37℃（RFS compact可提供電加熱恒溫控制），細胞環(huán)境更穩(wěn)定。
- 優(yōu)勢：沉積均勻性、劑量重復性、顆粒物（PM / 納米顆粒）沉積效率極高（配合電沉積可達 95%）。
- 適配 A549/Ci‑hAELVi：對屏障完整、分化敏感的共培養(yǎng)體系，暴露應力更溫和、數(shù)據(jù)更穩(wěn)
2. Vitrocell（德國）
- 核心結(jié)構(gòu)：線性 “喇叭口” 直接噴射，氣溶膠經(jīng)喇叭噴嘴垂直定向吹向細胞表面。
- 氣路設計：獨立負壓抽吸 + 動態(tài)稀釋，氣流速度、暴露時間精準可控。
- 小室兼容：主流 12/24 孔 Transwell，適配 Greiner ThinCerts、Corning Costar 等。
- 溫度控制：模塊內(nèi)置加熱，37℃ 恒溫。
- 優(yōu)勢：氣流速度快、暴露響應快、適合氣體 / 揮發(fā)性物質(zhì)、高通量并行。
- 適配 A549/Ci‑hAELVi：適合快速毒理篩選、氣體 / 煙霧暴露，但對脆弱的共培養(yǎng)屏障需優(yōu)化氣流參數(shù)，每孔暴露精度和通道間的重復性稍差。
選型啟示
5.1 文獻為選型提供的5條建議
| 如果主要實驗是... | 優(yōu)先考慮... |
|---|---|
| 24小時以內(nèi)的急性暴露、基礎表征 | VitroCell®類系統(tǒng)即可滿足 |
| 72小時以上的長時間暴露、慢性毒性 | CULTEX® RFS類系統(tǒng)必不可少 |
| 氣溶膠毒性驗證 | 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)和自動化程度 |
建議2：長時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延伸，72小時甚至更長的暴露時間將成為標準配置。選擇設備時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)可重復性比單項指標更重要
兩套系統(tǒng)都產(chǎn)出了可重復的數(shù)據(jù)，說明只要方法學嚴謹，不同系統(tǒng)都能獲得可靠結(jié)果。應優(yōu)先選擇有大量文獻支持的、被廣泛驗證的系統(tǒng)。
5.3 成本效益分析
從文獻中可以間接推斷：
-
VitroCell®類系統(tǒng)：預算較低，暴露精度和實驗重復性要求不高的實驗室；
-
CULTEX® RFS類系統(tǒng)：預算較高，對性能要求更高，實驗更復雜的研究設計，適合吸入毒理學專業(yè)實驗室。
長遠來看：如果實驗室計劃在吸入毒理學領域持續(xù)深耕，投資一套功能全面的長時間暴露系統(tǒng)，可以避免未來因設備限制而無法開展某些研究的困境。
結(jié)語
法國團隊的這項研究，無意中進行了一場氣液界面暴露系統(tǒng)的“同臺競技”。VitroCell®和CULTEX® RFS各自完成了自己的任務，共同支持了一個新共培養(yǎng)模型的開發(fā)和驗證。
對于正在或計劃開展吸入毒理學研究的實驗室，這篇文獻提供了寶貴的選型參考：
-
VitroCell®類系統(tǒng)：數(shù)據(jù)相對較可靠，適合基礎表征和急性暴露
-
CULTEX® RFS類系統(tǒng)：功能全面，精度高，支持長時間暴露和氣溶膠毒性驗證
研究設備國產(chǎn)推薦
【研究設備：德伯科技的國產(chǎn)化解決方案】
本研究的細胞暴露部分，同時使用了VitroCell® 6 PT-CF模塊和CULTEX® RFS徑向流系統(tǒng)。其中CULTEX® RFS系統(tǒng)因其長時間穩(wěn)定運行能力，被成功用于72小時暴露和ZnO氣溶膠毒性驗證，證明了其在慢性毒性研究中的價值。其核心技術(shù)參數(shù)包括：徑向流設計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%；支持長時間連續(xù)運行。
德伯科技是CULTEX中國技術(shù)服務中心，其自主研發(fā)的ACP系列氣液界面細胞暴露系統(tǒng)，是CULTEX細胞暴露系統(tǒng)的國產(chǎn)替代方案：
-
ACP3/6/16系列：3、6、16通道靈活配置，滿足從基礎表征到高通量篩選的多種需求
-
高均一性：輻射流設計確保各通道間氣溶膠分布變異系數(shù)≤5%，達到國際先進水平
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長時間穩(wěn)定運行：支持≥24小時連續(xù)暴露，滿足本研究72小時長時間暴露的需求
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精準環(huán)境控制：溫度37±0.1℃，濕度≥95%，完美復刻人體氣道微環(huán)境
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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)
德伯科技力求為國內(nèi)科研人員在動物吸入毒理領域、香煙發(fā)生器、粉塵顆粒物發(fā)生器，體外細胞染毒等領域研究，提供從標準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)嶒炘O計與我們進一步交流。
參考文獻
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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