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對氣液界面細(xì)胞暴露系統(tǒng),國外的名稱基本是統(tǒng)一的(Air liquid interface exposure system),但在國內(nèi)市場上關(guān)于氣液界面暴露技術(shù)的相關(guān)儀器設(shè)備十分繁雜混亂,名稱各異,甚至有部分品牌產(chǎn)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(shù)的原理特點(diǎn),為選型和購買提供必要參考。
一、 動(dòng)態(tài)細(xì)胞暴露系統(tǒng)(獨(dú)立通道暴露):即所有細(xì)胞小室具有獨(dú)立的進(jìn)氣和排氣通道,主要是通過暴露模塊頂部加熱氣溶膠引導(dǎo)模塊,引導(dǎo)模塊上設(shè)有喇叭噴嘴,每個(gè)噴嘴可以給底部的細(xì)胞小室提供獨(dú)立的進(jìn)氣和排氣。該技術(shù)的具有以下主要特點(diǎn):
1. 在細(xì)胞氣液界面的氣相層有持續(xù)流動(dòng)氣流(如下圖1,三個(gè)獨(dú)立氣路模式圖,圖2,氣液界面流動(dòng)氣溶膠),由于具有獨(dú)立的進(jìn)氣排氣結(jié)構(gòu)作為技術(shù)支撐,細(xì)胞氣相層能夠直接暴露在持續(xù)流動(dòng)氣流環(huán)境內(nèi),更類似于生物體內(nèi)呼吸道持續(xù)穩(wěn)定的氣體流動(dòng)和氣體交換。和無氣流的氣液界面暴露比較,這一技術(shù)的優(yōu)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(xì)胞表面有一定機(jī)械剪切力和氣流應(yīng)激等等,更適合污染物暴露、藥物遞送及呼吸道防御機(jī)制研究等。
2. 可實(shí)現(xiàn)高精度暴露:通過對每個(gè)小室的進(jìn)氣/排氣流量精確控制,可以實(shí)現(xiàn)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(chǎn)品通過高精度質(zhì)量流量控制器(MFC)的使用,可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)通道氣流流量精度達(dá)到0.5%的高精度氣液界面細(xì)胞暴露系統(tǒng)。
3. 提供360°的溫度控制:從結(jié)構(gòu)上看獨(dú)立通道暴露明顯的區(qū)別是具有精密的氣溶膠引導(dǎo)結(jié)構(gòu),而不是小室頂部是巨大的空曠環(huán)境,所以通過對氣溶膠引導(dǎo)模塊進(jìn)行精密控溫既可以實(shí)現(xiàn)小室位置是360℃溫控。這一結(jié)構(gòu)明顯的優(yōu)勢是可以對進(jìn)入細(xì)胞小室內(nèi)暴露的氣溶膠進(jìn)行預(yù)加熱,更真實(shí)模擬呼吸道對吸入體內(nèi)氣體的預(yù)加熱。
4. 同等條件下細(xì)胞損傷更小:獨(dú)立暴露通道內(nèi)持續(xù)流動(dòng)的氣流是通過從排氣口抽氣作用下持續(xù)從氣溶膠入口出抽吸進(jìn)來,由于這種方式在氣液界面位置流動(dòng)的氣體流是橫向的,對細(xì)胞的剪切力更小,細(xì)胞非劑量損傷更小。另外由于氣溶膠引導(dǎo)模塊的復(fù)雜結(jié)構(gòu)可以對引入的確認(rèn)進(jìn)行一定的預(yù)冷凝,預(yù)團(tuán)聚,最終到達(dá)細(xì)胞表面的氣溶膠更均一穩(wěn)定。
二、 靜態(tài)細(xì)胞暴露暴露(又稱多空板暴露):即所有細(xì)胞小室被放置在一個(gè)簡易的暴露艙內(nèi),類似于多孔板排列方式,頂部沒有氣溶膠引導(dǎo)模塊,通常具有一個(gè)振動(dòng)式霧化頭(Aerogen),霧化后的氣溶膠通過自然沉降作用沉積到細(xì)胞小室內(nèi)細(xì)胞表面,實(shí)現(xiàn)快速,短暫的簡易暴露(如下圖3,簡易氣液界面細(xì)胞暴露系統(tǒng)圖)。具有一下幾個(gè)特點(diǎn):
1. 在細(xì)胞氣液界面的氣相層沒有持續(xù)流動(dòng)的氣溶膠,細(xì)胞始終處于一個(gè)靜態(tài)氣溶膠環(huán)境中,無法模擬體內(nèi)呼吸道持續(xù)通氣的狀態(tài)。
2. 由于所有細(xì)胞小室處于一個(gè)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(xì)胞小室暴露劑量的均一性較差,無法實(shí)現(xiàn)高精度的劑量暴露。
3. 細(xì)胞小室直接暴露在霧化氣溶膠環(huán)境中,中間沒有辦法對氣溶膠進(jìn)行預(yù)加熱預(yù)處理,所以暴露在細(xì)胞表面的氣溶膠的低溫應(yīng)激效應(yīng)較大,且由于霧化時(shí)會(huì)有大霧滴的團(tuán)聚冷凝,更多的細(xì)胞表面會(huì)被液體覆蓋,液滴覆蓋的細(xì)胞失去了氣液界面暴露真實(shí)效應(yīng)。
綜上可知,氣液界面細(xì)胞暴露技術(shù)運(yùn)營而生的設(shè)備主要分為兩類,一類是每個(gè)小室都具有獨(dú)立進(jìn)氣排氣結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)內(nèi)細(xì)胞表面有橫向持續(xù)流動(dòng)的氣流,氣流可以高精度獨(dú)立控制。這類設(shè)備市場上的名稱主要有,細(xì)胞氣液界面暴露系統(tǒng),持續(xù)流氣液界面暴露系統(tǒng),高精度氣液界面細(xì)胞暴露系統(tǒng)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(jié)構(gòu)類似于把多孔板直接放置于一個(gè)簡易的暴露艙內(nèi),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(tǒng),靜態(tài)暴露系統(tǒng),快速暴露云霧系統(tǒng)等等,主要品牌有德國TSE,德國Vitrocell,中國Databiosci等。
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