首先，我們將詳細解釋氣液界面（ALI）暴露技術與能量代謝分析技術聯(lián)合應用方案的原理、優(yōu)勢、應用和實驗設計要點：

一、基礎概念

1.        氣液界面細胞暴露技術

原理：這是一種先進的體外細胞培養(yǎng)和暴露技術。細胞生長在多孔膜（如Transwell培養(yǎng)小室）上，其頂端暴露在空氣中，基底面浸沒在培養(yǎng)基中。

核心優(yōu)勢：它能夠高度模擬人體呼吸道（如肺部）的生理環(huán)境。細胞在氣液界面分化更成熟，形成完整的屏障功能、產(chǎn)生黏液、并長出纖毛（對于原代呼吸道上皮細胞）。當需要測試氣體、氣溶膠（如PM2.5、e-cigarettes煙霧）、納米顆粒或揮發(fā)性化合物時，被測物質可以直接、均勻地作用于細胞表面，這與人體真實的暴露方式一致，如Databiosci公司的細胞氣液界面體外肺模型裝置ACP6或高通量細胞氣液界面肺模型裝置ACP16。

2.        Seahorse細胞能量分析儀

原理：一種實時、動態(tài)分析活細胞能量代謝功能的儀器。它通過精密傳感器實時檢測細胞培養(yǎng)微環(huán)境中的耗氧率（OCR，代表線粒體呼吸）和產(chǎn)酸率（ECAR，主要代表糖酵解）。

核心優(yōu)勢：提供細胞能量代謝的實時“心電圖"，可以評估線粒體功能、糖酵解能力以及細胞的代謝表型（是更依賴氧化磷酸化還是糖酵解來供能）。

二、聯(lián)合應用的原理與工作流程

氣液界面（ALI）暴露技術與能量代謝分析技術聯(lián)合應用方案將兩者聯(lián)用的核心思想是：在高度生理相關的暴露模型（氣液界面）上，精確評估外源物質對細胞能量代謝的直接影響。

基本工作流程如下：

1.        細胞培養(yǎng)與分化：將目標細胞（如人氣道上皮細胞、肺泡上皮細胞）接種在Transwell小室中（德伯科技Databiosci的ACP6/ACP16均提供12孔板或24孔板），在氣液界面條件下培養(yǎng)，使其充分分化（通常需要數(shù)天至數(shù)周），形成功能性的上皮屏障。

2.        氣液界面暴露：使用專門的氣液界面暴露系統(tǒng)，將分化好的細胞暴露于待測物（如Cigarette煙氣煙霧、大氣顆粒物、揮發(fā)性有機化合物、藥物氣霧劑等）暴露一定時間。

3.        樣品準備與檢測：

暴露結束后，將Transwell培養(yǎng)小室從暴露裝置中取出。

將細胞膜從培養(yǎng)小室上小心取下，并轉移到Seahorse分析專用的微孔板中。這是一個關鍵步驟，需要優(yōu)化細胞膜的剝離和固定方法，確保細胞活性。

在Seahorse儀器中，按照標準程序（如Mito StressTest或GlycoStress Test）進行實時代謝測定。通過依次注入寡霉素、FCCP、魚藤酮等抑制劑，得到關鍵的代謝參數(shù)（基礎呼吸、ATP產(chǎn)量、最大呼吸能力、備用呼吸能力、糖酵解能力等）。

三、聯(lián)合應用的巨大優(yōu)勢

1.        生理相關性高：這是最大的優(yōu)勢。相比傳統(tǒng)的液體培養(yǎng)暴露（將顆粒物或化合物溶解在培養(yǎng)基中），氣液界面暴露更真實地模擬了吸入暴露的路徑和細胞反應，結果更具預測價值。

2.        高靈敏度和特異性：Seahorse技術能夠檢測到非常細微的代謝變化。即使暴露劑量較低，尚未引起細胞死亡，也可能先干擾其能量代謝功能，從而實現(xiàn)早期毒性預警。

3.        揭示作用機制：能量代謝是細胞的核心功能。許多環(huán)境毒物和藥物會直接或間接影響線粒體。通過聯(lián)用，可以明確回答：

該物質是否損害了線粒體功能？

細胞是否從氧化代謝轉向了糖酵解（即Warburg效應，與炎癥和癌變相關）？

細胞的代謝適應性如何？

4.        強大的數(shù)據(jù)產(chǎn)出：獲得的是動態(tài)、多參數(shù)的功能性數(shù)據(jù)，遠比單一的細胞活性檢測（如MTT）提供的信息更豐富、更深入。

四、典型應用領域

·  吸入毒理學：

·  Cigarette煙氣研究：評估主流煙、側流煙對呼吸道上皮細胞代謝的急性和慢性影響（德伯科技Databiosci提供全自動Cigarette煙氣發(fā)生裝置CSR300和半自動Cigarette煙氣發(fā)生器ASG）。

·  大氣顆粒物（PM2.5/PM10）：研究PM引起肺部損傷的代謝機制（德伯科技Databiosci可提供細顆粒物粉塵氣溶膠發(fā)生器）。

·  e-cigarettes煙霧氣溶膠：比較e-cigarettes煙霧與傳統(tǒng)卷煙的相對毒性。

·  工業(yè)化學品/納米材料： 評估其吸入安全性。

·  呼吸系統(tǒng)疾病模型：

·  感染模型：研究流感病毒、細菌等感染如何改變宿主細胞的能量代謝。

·  炎癥性疾病：如慢性阻塞性肺疾病（COPD）、哮喘的體外模型研究。

·  癌癥研究：研究肺癌細胞在更真實環(huán)境下的代謝特征。

·  吸入藥物開發(fā)：

評估新型吸入式藥物（如抗生素、抗纖維化藥物）對正常肺細胞能量代謝的潛在副作用。

篩選能夠調節(jié)病理狀態(tài)下細胞代謝的藥物。

五、實驗設計與技術挑戰(zhàn)

1. 氣液界面細胞暴露系統(tǒng)ALI時細胞在小室底膜（多孔膜，如Transwell底膜）上并暴露于空氣載體的氣溶膠上，而Seahorse 需要在專用平底/有電極的XF細胞培養(yǎng)板中進行實時測量——兩者的“容器狀態(tài)"不同。

2. 因此常見策略是：先在氣液界面細胞暴露系統(tǒng)ALI上完成暴露，再把“暴露后的生物學狀態(tài)"轉移/保留到Seahorse測試條件中進行代謝測定；

總結：

氣液界面暴露系統(tǒng)與Seahorse細胞能量分析儀的聯(lián)合應用成功地將一個高度仿生的暴露模型與一個靈敏的功能讀取工具結合在一起，使研究人員能夠在分子水平上深入理解吸入性物質如何破壞細胞的“能量工廠"，為安全性評價和藥物研發(fā)提供了超前的洞察力。更多問題請咨詢天津德伯科技有限公司。