在吸入毒理学与呼吸系统疾病研究中，传统浸没式细胞培养因无法真实模拟体内气液界面环境，逐渐被更先进的直接暴露技术取代。德国Cultex公司研发的细胞直接暴露系统（Cultex® In Vitro Exposure System）凭借其辐射流气溶胶通道、微孔半透膜技术及模块化设计，成为全球实验室模拟呼吸道暴露的标杆工具，为环境毒理学、药物研发及疾病机制研究提供了突破性平台。

一、技术原理：从线性流到辐射流的革新

传统浸没式培养需将气溶胶溶解于培养基后作用于细胞，但此方式存在两大缺陷：一是颗粒物易沉降或团聚，导致暴露浓度不均；二是气体化合物需穿透液相才能接触细胞，暴露效率低下。Cultex系统通过气液界面（Air-Liquid Interface, ALI）设计，使细胞顶端直接暴露于恒流气体或气溶胶，基底面通过半透膜与培养基进行物质交换，完美复现了呼吸道上皮的真实环境。

辐射流设计的突破：

Cultex第二代系统（RFS）摒弃了第一代线性流设计的局限性，采用中央喷嘴将气溶胶均匀分散至三个辐射状气道，确保每个培养腔室内的颗粒物沉积均一性。实验数据显示，RFS系统使三个腔室间的颗粒沉积偏差降低至5%以内，标准差显著优于线性流系统。第三代RFS Compact进一步扩展腔室数量至6个，支持两组平行实验（如3个腔室暴露雾霾颗粒，另3个暴露清洁空气），大幅提升了实验效率与对比可靠性。

二、系统组成：模块化设计保障实验精度

1.气溶胶发生与输送模块

Cultex系统可兼容多种气溶胶发生器，包括香烟烟雾发生器、粉尘发生器及纳米颗粒发生器。例如，其专用的Cultex Dust Generator可精确生成单分散气溶胶，并通过Cultex Aerosol Dilution系统实现浓度梯度调节，满足从纳米颗粒到PM2.5的多尺度暴露需求。

2.细胞培养与暴露模块

系统采用Transwell膜技术，细胞种植于0.4μm孔径的聚酯膜上，底部培养基通过电脑控制独立供给，避免细胞脱水或毒素聚集。RFS Compact的电加热系统与CO₂接入单元可维持37℃恒温环境，支持长达72小时的连续暴露实验。

3.环境控制与监测模块

全角度水浴设计消除气溶胶冷凝风险，高精度质量流量控制器（MFC）确保气流流量与流速稳定。系统集成颗粒物浓度监测功能，可实时记录暴露参数，满足GLP规范要求。

三、应用场景：从基础研究到临床转化的全链条覆盖

1.环境毒理学评估

Cultex系统已广泛应用于PM2.5、柴油废气及香烟烟雾的毒性研究。例如，中国科学院利用该系统开展雾霾健康效应研究，发现真实雾霾颗粒（含二次粒子）较单分散PM2.5标准品诱导更强的氧化应激反应，揭示了二次粒子的关键毒性作用。

2.药物研发与递送

在吸入药物评价中，Cultex系统可量化雾化药物的细胞沉积效率。实验表明，布地奈德气溶胶在ALI模型中的局部浓度是浸没培养的120倍，更真实反映药物在气道黏膜的沉积特性。

3.疾病机制研究

通过构建三维共培养模型（如上皮细胞+巨噬细胞+树突状细胞），Cultex系统可模拟呼吸道过敏反应。研究显示，暴露于呼吸敏化剂后，共培养模型的跨上皮电阻（TEER）显著下降，表面活性蛋白表达异常，为过敏机制解析提供了直接证据。

四、技术优势：高效、稳定与可重复性

Cultex系统的核心优势在于其高度可重复的实验设计。辐射流通道与静电沉积技术确保颗粒物均匀分布，避免剪切力对细胞的损伤；耐高温高压材料支持系统清洗与灭菌，防止交叉污染；兼容6.5mm/12mm通用细胞培养小室，降低实验成本。多项验证实验表明，该系统在剂量反应关系与时间依赖性研究中具有极高的数据可靠性。

五、未来展望：迈向个性化医疗与精准毒理学

随着微流控芯片与单细胞测序技术的融合，Cultex系统正从单一暴露模型进化为多功能研究平台。未来，集成机械拉伸与黏液流动模拟的下一代系统将更精准复现呼吸道生理环境，推动个性化医疗与精准毒理学的发展。作为体外暴露技术的领导者，Cultex将继续引领吸入毒理学研究进入真实模拟的新时代。