在吸入毒理學與呼吸系統疾病研究中，傳統浸沒式細胞培養因無法真實模擬體內氣液界面環境，逐漸被更先進的直接暴露技術取代。德國Cultex公司研發的細胞直接暴露系統（Cultex? In Vitro Exposure System）憑借其輻射流氣溶膠通道、微孔半透膜技術及模塊化設計，成為全球實驗室模擬呼吸道暴露的標桿工具，為環境毒理學、藥物研發及疾病機制研究提供了突破性平臺。

一、技術原理：從線性流到輻射流的革新

傳統浸沒式培養需將氣溶膠溶解于培養基后作用于細胞，但此方式存在兩大缺陷：一是顆粒物易沉降或團聚，導致暴露濃度不均；二是氣體化合物需穿透液相才能接觸細胞，暴露效率低下。Cultex系統通過氣液界面（Air-Liquid Interface, ALI）設計，使細胞頂端直接暴露于恒流氣體或氣溶膠，基底面通過半透膜與培養基進行物質交換，完美復現了呼吸道上皮的真實環境。

輻射流設計的突破：

Cultex第二代系統（RFS）摒棄了第一代線性流設計的局限性，采用中央噴嘴將氣溶膠均勻分散至三個輻射狀氣道，確保每個培養腔室內的顆粒物沉積均一性。實驗數據顯示，RFS系統使三個腔室間的顆粒沉積偏差降低至5%以內，標準差顯著優于線性流系統。第三代RFS Compact進一步擴展腔室數量至6個，支持兩組平行實驗（如3個腔室暴露霧霾顆粒，另3個暴露清潔空氣），大幅提升了實驗效率與對比可靠性。

二、系統組成：模塊化設計保障實驗精度

1.氣溶膠發生與輸送模塊

Cultex系統可兼容多種氣溶膠發生器，包括香煙煙霧發生器、粉塵發生器及納米顆粒發生器。例如，其專用的Cultex Dust Generator可精確生成單分散氣溶膠，并通過Cultex Aerosol Dilution系統實現濃度梯度調節，滿足從納米顆粒到PM2.5的多尺度暴露需求。

2.細胞培養與暴露模塊

系統采用Transwell膜技術，細胞種植于0.4μm孔徑的聚酯膜上，底部培養基通過電腦控制獨立供給，避免細胞脫水或毒素聚集。RFS Compact的電加熱系統與CO?接入單元可維持37℃恒溫環境，支持長達72小時的連續暴露實驗。

3.環境控制與監測模塊

全角度水浴設計消除氣溶膠冷凝風險，高精度質量流量控制器（MFC）確保氣流流量與流速穩定。系統集成顆粒物濃度監測功能，可實時記錄暴露參數，滿足GLP規范要求。

三、應用場景：從基礎研究到臨床轉化的全鏈條覆蓋

1.環境毒理學評估

Cultex系統已廣泛應用于PM2.5、柴油廢氣及香煙煙霧的毒性研究。例如，中國科學院利用該系統開展霧霾健康效應研究，發現真實霧霾顆粒（含二次粒子）較單分散PM2.5標準品誘導更強的氧化應激反應，揭示了二次粒子的關鍵毒性作用。

2.藥物研發與遞送

在吸入藥物評價中，Cultex系統可量化霧化藥物的細胞沉積效率。實驗表明，布地奈德氣溶膠在ALI模型中的局部濃度是浸沒培養的120倍，更真實反映藥物在氣道黏膜的沉積特性。

3.疾病機制研究

通過構建三維共培養模型（如上皮細胞+巨噬細胞+樹突狀細胞），Cultex系統可模擬呼吸道過敏反應。研究顯示，暴露于呼吸敏化劑后，共培養模型的跨上皮電阻（TEER）顯著下降，表面活性蛋白表達異常，為過敏機制解析提供了直接證據。

四、技術優勢：高效、穩定與可重復性

Cultex系統的核心優勢在于其高度可重復的實驗設計。輻射流通道與靜電沉積技術確保顆粒物均勻分布，避免剪切力對細胞的損傷；耐高溫高壓材料支持系統清洗與滅菌，防止交叉污染；兼容6.5mm/12mm通用細胞培養小室，降低實驗成本。多項驗證實驗表明，該系統在劑量反應關系與時間依賴性研究中具有極高的數據可靠性。

五、未來展望：邁向個性化醫療與精準毒理學

隨著微流控芯片與單細胞測序技術的融合，Cultex系統正從單一暴露模型進化為多功能研究平臺。未來，集成機械拉伸與黏液流動模擬的下一代系統將更精準復現呼吸道生理環境，推動個性化醫療與精準毒理學的發展。作為體外暴露技術的領導者，Cultex將繼續引領吸入毒理學研究進入真實模擬的新時代。