一項發表于 Ecotoxicology and Environmental Safety 的研究，通過對比氣液界面（ALI）模型與新型浸沒暴露模型，深入揭示了銅綠假單胞菌生物氣溶膠的差異化毒性機制。研究發現，模擬呼吸道炎癥狀態（黏液積聚）的浸沒模型中，細菌黏附與侵襲能力顯著增強，導致更劇烈的直接細胞損傷；而在模擬健康氣道的ALI模型中，上皮屏障功能的破壞更為突出。該研究強調了暴露微環境的生理相關性對準確評估吸入毒理風險的決定性作用，并為相關研究提供了創新的模型框架。

一、 研究背景與目的：為何要模擬不同的氣道微環境？

生物氣溶膠暴露是導致呼吸道感染與疾病的重要環境因素。然而，傳統的體外毒理學評估多采用“浸沒式"暴露，即細胞浸沒于含污染物的培養基中。這與人體真實的呼吸道生理結構——上皮細胞位于空氣-液體界面，僅覆蓋一層薄薄的肺液——存在本質差異。

更重要的是，在慢性阻塞性肺疾病、哮喘等炎癥性呼吸道疾病中，氣道表面液體（ASL）會異常增厚，形成一種 “病理性的浸沒微環境" 。這種微環境的改變，是否會影響宿主細胞對病原體的反應？為回答這一問題，本研究旨在：

1. 建立并比較模擬健康氣道（ALI模型）與炎癥氣道（ASL積聚浸沒模型）的兩種體外暴露系統。

2. 闡明銅綠假單胞菌生物氣溶膠在不同微環境下的毒性效應與分子機制差異。

   
   

   
   

二、 研究方法：精密可控的暴露是實現對比的關鍵

本研究的可靠性建立在高度標準化的暴露技術之上。

1. 雙模型構建：

• ALI模型：將人支氣管上皮細胞（BEAS-2B）培養于Transwell插片，暴露前移除頂側培養基，使細胞直接暴露于空氣，模擬健康氣道界面。

• 浸沒模型：在ALI模型基礎上，于細胞頂側添加一層緩沖液，模擬炎癥狀態下增厚的ASL層。

2. 氣溶膠發生與暴露系統：
   研究采用6噴射Collison霧化器產生標準化的銅綠假單胞菌生物氣溶膠，并關鍵性地使用了CULTEX®徑向流暴露系統進行細胞暴露。該系統的優勢在于：

• 均勻性與重復性：其徑向流設計確保多個暴露腔室內的氣溶膠濃度與分布高度均一，將腔室間變異降至，這是并行比較兩種模型并獲得可靠數據的技術基石。

• 精確控制：系統能精確控制氣溶膠流速、溫度及濕度，模擬真實的吸入條件。

3. 終點評估：
   研究綜合評估了細胞活力、凋亡/壞死、細菌黏附/侵襲、生物膜形成、上皮屏障通透性及相關基因表達等多項指標，從表型到機制全面解析毒性差異。

三、 研究核心結論：微環境決定毒性路徑

對比研究得出了具有明確區分度的結論：

1. 在炎癥浸沒模型中：毒性表現為“直接攻擊"。
   ASL積聚的微環境上調了細菌黏附素基因的表達，使得銅綠假單胞菌的黏附能力提升約10倍，進而顯著增強了其侵襲與生物膜形成能力。這導致了更嚴重的直接細胞損傷，表現為更高的細胞凋亡、壞死率和膜損傷。

2. 在健康ALI模型中：毒性表現為“屏障破壞"。
   盡管直接細胞毒性較低，但ALI暴露嚴重損害了上皮屏障的完整性。研究發現，細胞間連接蛋白（如閉鎖蛋白、鈣粘蛋白）的上調修復反應較弱，導致上皮通透性大幅增加，細菌更容易穿過屏障。這揭示了在健康氣道結構中，病原體可能更易引發屏障功能障礙與潛在的系統性感染風險。

綜合啟示：該研究清晰地證明，“細胞所處的微環境"是決定其應對病原體反應方式的核心因素。忽略微環境的生理或病理狀態，可能導致對吸入毒性的誤判。這要求體外研究必須采用能精確模擬目標生理/病理狀態的暴露模型。

四、 從文獻到工具：精密暴露技術的本土支持與自主創新

精密的體外暴露技術，如本研究中所采用的CULTEX®徑向流系統，是連接氣溶膠模擬與細胞生物學響應的關鍵橋梁，其穩定性、均勻性與可控性直接決定了研究數據的可靠性與機制的洞察深度。

在這一高價值科研工具的生態中，德伯科技扮演著核心且獨特的雙重角色，致力于為中國的吸入毒理學及相關領域研究提供堅實的技術底座與多元化的解決方案：

德伯科技是 CULTEX® 在中國的技術服務中心，基于對前沿研究的深刻理解與實際實驗場景中的多樣化需求，德伯科技自主研發了氣液界面（ALI）暴露系統。該系列旨在提供靈活、高效的解決方案，包括：

• ACP3/6/16 模塊化暴露主機：提供3、6、16通道的標準化與可擴展配置，精準匹配從初步探索到高通量篩選的不同實驗規模。

• Mistber 靜態暴露模塊：為需要長時間、穩定低流速暴露的特定研究場景，提供了可靠的專用解決方案。

  
  

此外，為構建從氣溶膠發生到精準暴露的完整研究鏈條，德伯科技還可提供與之配套的 Collison液體霧化發生器 等核心發生設備，滿足從生物性到化學性氣溶膠的多樣化發生需求。