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：

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。

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。

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：

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。

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：

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

这一结果为开展“慢性”体外暴露研究提供了技术基础。

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。

VitroCell® vs CULTEX® RFS 横向对比

4.1 核心参数对比

4.2 关键数据对比

细胞活力（LDH释放）：

代谢活性：

数据一致性：

• VitroCell®：4次独立实验，数据稳定

• CULTEX® RFS：3次独立实验，数据一致

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。

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• 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%。

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• 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）。

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• 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。

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• 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%）。

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• 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。

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• 气路设计：独立负压抽吸 + 动态稀释，气流速度、暴露时间可控。

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• 小室兼容：主流 12/24 孔 Transwell，适配 Greiner ThinCerts、Corning Costar 等。

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• 温度控制：模块内置加热，37℃ 恒温。

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• 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。

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• 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、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。

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模块和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

• 环境控制：温度37±0.1℃，湿度≥95%，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、烟雾、生物气溶胶等多种暴露物质

  
  

  

德伯科技力求为国内科研人员在动物吸入毒理领域、烟雾发生器、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.