對氣液界面細胞暴露系統,國外的名稱基本是統一的(Air liquid interface exposure system),但在國內市場上關于氣液界面暴露技術的相關儀器設備十分繁雜混亂,名稱各異,甚至有部分品牌產品粗制濫造,魚目混珠。本文通過分類介紹,試圖厘清兩種主要不同技術的原理特點,為選型和購買提供必要參考。
一、 動態細胞暴露系統(獨立通道暴露):即所有細胞小室具有獨立的進氣和排氣通道,主要是通過暴露模塊頂部加熱氣溶膠引導模塊,引導模塊上設有喇叭噴嘴,每個噴嘴可以給底部的細胞小室提供獨立的進氣和排氣。該技術的具有以下主要特點:
1. 在細胞氣液界面的氣相層有持續流動氣流(如下圖1,三個獨立氣路模式圖,圖2,氣液界面流動氣溶膠),由于具有獨立的進氣排氣結構作為技術支撐,細胞氣相層能夠直接暴露在持續流動氣流環境內,更類似于生物體內呼吸道持續穩定的氣體流動和氣體交換。和無氣流的氣液界面暴露比較,這一技術的優勢非常明顯,如氣體交換更快,顆粒物等氣溶膠沉積更高效,細胞表面有一定機械剪切力和氣流應激等等,更適合污染物暴露、藥物遞送及呼吸道防御機制研究等。
2. 可實現高精度暴露:通過對每個小室的進氣/排氣流量精確控制,可以實現高精度的暴露劑量,如CULTEX RFS,CULTEX RFS compact以及Databiosci的ACP6,ACP16等型號的產品通過高精度質量流量控制器(MFC)的使用,可以實現每個通道氣流流量精度達到0.5%的高精度氣液界面細胞暴露系統。
3. 提供360°的溫度控制:從結構上看獨立通道暴露明顯的區別是具有精密的氣溶膠引導結構,而不是小室頂部是巨大的空曠環境,所以通過對氣溶膠引導模塊進行精密控溫既可以實現小室位置是360℃溫控。這一結構明顯的優勢是可以對進入細胞小室內暴露的氣溶膠進行預加熱,更真實模擬呼吸道對吸入體內氣體的預加熱。
4. 同等條件下細胞損傷更小:獨立暴露通道內持續流動的氣流是通過從排氣口抽氣作用下持續從氣溶膠入口出抽吸進來,由于這種方式在氣液界面位置流動的氣體流是橫向的,對細胞的剪切力更小,細胞非劑量損傷更小。另外由于氣溶膠引導模塊的復雜結構可以對引入的確認進行一定的預冷凝,預團聚,最終到達細胞表面的氣溶膠更均一穩定。
二、 靜態細胞暴露暴露(又稱多空板暴露):即所有細胞小室被放置在一個簡易的暴露艙內,類似于多孔板排列方式,頂部沒有氣溶膠引導模塊,通常具有一個振動式霧化頭(Aerogen),霧化后的氣溶膠通過自然沉降作用沉積到細胞小室內細胞表面,實現快速,短暫的簡易暴露(如下圖3,簡易氣液界面細胞暴露系統圖)。具有一下幾個特點:
1. 在細胞氣液界面的氣相層沒有持續流動的氣溶膠,細胞始終處于一個靜態氣溶膠環境中,無法模擬體內呼吸道持續通氣的狀態。
2. 由于所有細胞小室處于一個空曠暴露艙底部,暴露劑量取決于氣溶膠在底部沉積量,因位置不同沉積量差別較大,所以所有細胞小室暴露劑量的均一性較差,無法實現高精度的劑量暴露。
3. 細胞小室直接暴露在霧化氣溶膠環境中,中間沒有辦法對氣溶膠進行預加熱預處理,所以暴露在細胞表面的氣溶膠的低溫應激效應較大,且由于霧化時會有大霧滴的團聚冷凝,更多的細胞表面會被液體覆蓋,液滴覆蓋的細胞失去了氣液界面暴露真實效應。
綜上可知,氣液界面細胞暴露技術運營而生的設備主要分為兩類,一類是每個小室都具有獨立進氣排氣結構,該結構內細胞表面有橫向持續流動的氣流,氣流可以高精度獨立控制。這類設備市場上的名稱主要有,細胞氣液界面暴露系統,持續流氣液界面暴露系統,高精度氣液界面細胞暴露系統等,主要品牌有德國CULTEX,德國vitrocell,德國Fraunhofer,中國Databiosci等。第二類是多孔板暴露,該結構類似于把多孔板直接放置于一個簡易的暴露艙內,每孔通氣暴露劑量不可控,精度較差。主要名稱有,云暴露系統,靜態暴露系統,快速暴露云霧系統等等,主要品牌有德國TSE,德國Vitrocell,中國Databiosci等。
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