AX12肺芯片测评应用之动态还原肺部呼吸微环境
2026-07-31 来源:本站 点击次数:137
在吸入制剂研发与呼吸系统毒理学评价领域，如何在体外重现肺部真实的生理受力与免疫微环境，一直是行业关注的技术难点。传统2D静态细胞培养缺失机械受力与免疫微环境，导致吸入制剂药效数据偏离真实；而异种动物模型与人体生理结构及受体通路存在种属差异，不仅使新药临床研发失败率高昂，也面临动物伦理限制及高昂成本。围绕这一痛点，AlveoliX AG研发的AX12肺器官芯片系统，为体外肺模型构建提供了一套结合呼吸拉伸、气液界面与定量雾化给药的一体化解决方案。
一、行业背景：动态受力缺失下的评价难题
呼吸系统新药研发、毒理学研究及屏障生物学基础研究长期依赖静态培养体系，但肺组织在生理状态下持续承受周期性机械拉伸。缺乏这种动态受力，细胞表型与功能容易发生退化，进而影响药效与毒性数据的可靠性。AlveoliX AG源自瑞士伯尔尼大学ARTORG生物医学工程研究中心，专注研发人源化动态体外肺模型，其技术路径符合3R动物实验替代原则，即在减少动物使用的同时提升数据与人体生理的相关性。
二、AX12平台架构：双侧接种与孔板兼容设计
五、即用型肺泡屏障：AX12C iAlv的表型验证
原代细胞获取及接种过程繁琐，且屏障建立耗时长、质量不易控制，是许多实验室开展肺屏障研究的障碍。AX12C iAlv是接种人类原代肺泡上皮细胞系的即用型肺芯片，作为预接种并配备优化培养基的套件，可跳过接种步骤直接开展实验。该产品具备长期屏障形成能力，表达ZO-1、Cav-1、HT1-56、ABCA3、SP-C等紧密连接与表型标志物，适用于肺屏障功能评估、吸入毒性测试及急性肺损伤疾病建模。
六、实时屏障监测：TEER集成阻抗芯片
在屏障损伤与恢复过程的研究中，实时、无损的定量监测手段十分关键。TEER集成阻抗芯片通过跨上皮/内皮电阻（TER/TEER）测量，实时反映气血屏障的破坏或修复状态，可用于屏障功能动力学监测与炎症病理生理研究，为细胞屏障完整性与血管渗漏情况提供量化依据。
七、吸入暴露的一体化验证：VITROCELL® Cloud Alpha AX12案例
传统气溶胶暴露系统难以与动态呼吸芯片集成，液体直接滴加给药方式也偏离体内真实吸入暴露路径。VITROCELL® Cloud Alpha AX12是联动仿生呼吸肺芯片的气溶胶吸入一体化暴露平台，由AlveoliX与德国VITROCELL联合研发。该平台将动态拉伸、气液界面与原位定量气溶胶沉积相结合：细胞直接暴露于气溶胶以避免培养基化学干扰；振动网状雾化产生微米级可控气溶胶云雾，适用于纳米颗粒、吸入药物及化学品；石英晶体微天平（QCM）以10 ng/cm²分辨率在线监测沉积质量；全自动化触控系统控制雾化体积、输出速率与沉降流程，推荐雾化体积为300μl，配备四种雾化器（MMAD范围包括2.5–6.0 μm、2.5–4.0 μm、4.0–6.0 μm、9.0–12 μm）。
一、行业背景：动态受力缺失下的评价难题
呼吸系统新药研发、毒理学研究及屏障生物学基础研究长期依赖静态培养体系，但肺组织在生理状态下持续承受周期性机械拉伸。缺乏这种动态受力，细胞表型与功能容易发生退化，进而影响药效与毒性数据的可靠性。AlveoliX AG源自瑞士伯尔尼大学ARTORG生物医学工程研究中心，专注研发人源化动态体外肺模型，其技术路径符合3R动物实验替代原则，即在减少动物使用的同时提升数据与人体生理的相关性。
二、AX12平台架构：双侧接种与孔板兼容设计
AX12是基于96孔板设计的器官芯片培养耗材，采用生物相容性塑料以降低分子吸收，尺寸规格兼容标准多孔板及实验室读数设备。其双片式结构由两片芯片相互支撑，细胞可直接接种于超薄多孔膜的两侧，实现双侧细胞接种；单板包含12个独立的孔位，支持多细胞共培养；开放式设计还支持简易的顶端与底端采样及直接接触膜，便于后续屏障通透性检测与极性细胞分化研究。
三、呼吸力学复现：AXBreather与AXACTUATOR的协同控制
AX屏障芯片系统的差异化价值在于动态力学模拟：在体外复现器官屏障在生理或病理状态下的机械受力，使细胞保持生理功能与形态。具体而言，AXBreather作为模拟人体呼吸运动的拉伸控制器，通过循环负压控制AX12内部微型隔膜，模拟人体每分钟12次呼吸、8%线性应变的三维周期性扩张与松弛；AXACTUATOR则作为气动控制器，通过精密气动控制实现AXMembrane的偏转，提供3D循环拉伸运动。系统还支持自定义运动模式（单向或双向膜运动）、拉伸强度调节（形变范围0%-8%）、频率调节以及节律控制，可适应昼夜活动规律等多样化实验设计需求。
四、自动化流体管理：AXEXCHANGER与AXDOCK
手动换液容易破坏气液界面或造成气流扰动，影响芯片内部细胞生长的稳定。AXEXCHANGER作为气动液流控制器，通过气动控制AX12阀门的开闭，执行初始芯片填充和介质交换，实现无扰动的流体自动化控制。AXDOCK则作为快速插拔的接口密封连接装置，将AX12芯片与控制器（Actuator/Breather及Exchanger）物理连接，形成气密密封结构，确保气动驱动参数的准确传导，通常配备两个，分别用于培养箱中和细胞培养罩内。
三、呼吸力学复现：AXBreather与AXACTUATOR的协同控制
AX屏障芯片系统的差异化价值在于动态力学模拟：在体外复现器官屏障在生理或病理状态下的机械受力，使细胞保持生理功能与形态。具体而言，AXBreather作为模拟人体呼吸运动的拉伸控制器，通过循环负压控制AX12内部微型隔膜，模拟人体每分钟12次呼吸、8%线性应变的三维周期性扩张与松弛；AXACTUATOR则作为气动控制器，通过精密气动控制实现AXMembrane的偏转，提供3D循环拉伸运动。系统还支持自定义运动模式（单向或双向膜运动）、拉伸强度调节（形变范围0%-8%）、频率调节以及节律控制，可适应昼夜活动规律等多样化实验设计需求。
四、自动化流体管理：AXEXCHANGER与AXDOCK
手动换液容易破坏气液界面或造成气流扰动，影响芯片内部细胞生长的稳定。AXEXCHANGER作为气动液流控制器，通过气动控制AX12阀门的开闭，执行初始芯片填充和介质交换，实现无扰动的流体自动化控制。AXDOCK则作为快速插拔的接口密封连接装置，将AX12芯片与控制器（Actuator/Breather及Exchanger）物理连接，形成气密密封结构，确保气动驱动参数的准确传导，通常配备两个，分别用于培养箱中和细胞培养罩内。
五、即用型肺泡屏障：AX12C iAlv的表型验证
原代细胞获取及接种过程繁琐，且屏障建立耗时长、质量不易控制，是许多实验室开展肺屏障研究的障碍。AX12C iAlv是接种人类原代肺泡上皮细胞系的即用型肺芯片，作为预接种并配备优化培养基的套件，可跳过接种步骤直接开展实验。该产品具备长期屏障形成能力，表达ZO-1、Cav-1、HT1-56、ABCA3、SP-C等紧密连接与表型标志物，适用于肺屏障功能评估、吸入毒性测试及急性肺损伤疾病建模。
六、实时屏障监测：TEER集成阻抗芯片
在屏障损伤与恢复过程的研究中，实时、无损的定量监测手段十分关键。TEER集成阻抗芯片通过跨上皮/内皮电阻（TER/TEER）测量，实时反映气血屏障的破坏或修复状态，可用于屏障功能动力学监测与炎症病理生理研究，为细胞屏障完整性与血管渗漏情况提供量化依据。
七、吸入暴露的一体化验证：VITROCELL® Cloud Alpha AX12案例
传统气溶胶暴露系统难以与动态呼吸芯片集成，液体直接滴加给药方式也偏离体内真实吸入暴露路径。VITROCELL® Cloud Alpha AX12是联动仿生呼吸肺芯片的气溶胶吸入一体化暴露平台，由AlveoliX与德国VITROCELL联合研发。该平台将动态拉伸、气液界面与原位定量气溶胶沉积相结合：细胞直接暴露于气溶胶以避免培养基化学干扰；振动网状雾化产生微米级可控气溶胶云雾，适用于纳米颗粒、吸入药物及化学品；石英晶体微天平（QCM）以10 ng/cm²分辨率在线监测沉积质量；全自动化触控系统控制雾化体积、输出速率与沉降流程，推荐雾化体积为300μl，配备四种雾化器（MMAD范围包括2.5–6.0 μm、2.5–4.0 μm、4.0–6.0 μm、9.0–12 μm）。
在一项纳米颗粒雾化对肺上皮细胞屏障功能时程变化的研究中（等效于工人45年累积暴露量），该平台成功在体外验证了拉伸（CS）和气液界面（ALI）联合条件下纳米颗粒诱导屏障损伤与ROS活性氧释放的动力学特征，为吸入药物效价筛选、环境空气污染物毒理学及消费化学品与消毒剂安全性评价提供了可参考的技术路径。
八、企业背景与中国区落地
AlveoliX AG成立于2015年，总部位于瑞士伯尔尼，研发生产基地设在瑞士比尔（SWISS InnoCampus in Biel），业务覆盖区域延伸至全球。其技术源自瑞士伯尔尼大学ARTORG生物医学工程研究中心，并与德国VITROCELL联合研发气溶胶吸入一体化平台。在中国市场，上海迹亚国际商贸有限公司（Gaia China），作为AlveoliX产品在中国区的授权经销商，依托新加坡迹亚国际集团辐射亚洲、欧洲、美洲等多个地区的网络体系，为国内呼吸系统新药研发、毒理学研究与屏障生物学基础研究机构提供AX12肺器官芯片系统及相关配套产品与服务的本地化对接。
九、总结
从AX12的双侧接种设计，到AXBreather、AXACTUATOR对呼吸力学的精密复现，再到VITROCELL® Cloud Alpha AX12在吸入暴露场景中的一体化验证，AlveoliX围绕肺器官芯片构建了一套覆盖硬件系统、专用耗材与专业服务的技术体系。对于希望在体外获得更贴近人体生理状态的评价数据、同时践行3R动物实验替代原则的研发团队而言，AX12肺器官芯片系统及其配套产品体系提供了一条值得关注的技术路径。
八、企业背景与中国区落地
AlveoliX AG成立于2015年，总部位于瑞士伯尔尼，研发生产基地设在瑞士比尔（SWISS InnoCampus in Biel），业务覆盖区域延伸至全球。其技术源自瑞士伯尔尼大学ARTORG生物医学工程研究中心，并与德国VITROCELL联合研发气溶胶吸入一体化平台。在中国市场，上海迹亚国际商贸有限公司（Gaia China），作为AlveoliX产品在中国区的授权经销商，依托新加坡迹亚国际集团辐射亚洲、欧洲、美洲等多个地区的网络体系，为国内呼吸系统新药研发、毒理学研究与屏障生物学基础研究机构提供AX12肺器官芯片系统及相关配套产品与服务的本地化对接。
九、总结
从AX12的双侧接种设计，到AXBreather、AXACTUATOR对呼吸力学的精密复现，再到VITROCELL® Cloud Alpha AX12在吸入暴露场景中的一体化验证，AlveoliX围绕肺器官芯片构建了一套覆盖硬件系统、专用耗材与专业服务的技术体系。对于希望在体外获得更贴近人体生理状态的评价数据、同时践行3R动物实验替代原则的研发团队而言，AX12肺器官芯片系统及其配套产品体系提供了一条值得关注的技术路径。
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