前沿研究解读：瑞士肺类器官芯片复刻肺部气溶胶吸入体外模拟全过程
2026-08-24 来源:本站 点击次数:39
长久以来，吸入药物研发、呼吸道毒性评估高度依赖动物体内实验。但动物模型和人类肺部生理存在物种差异，同时还面临伦理争议、实验成本高昂、药物消耗量大等痛点。随着全球 “3R 原则” 推进，欧美多国陆续立法，鼓励减少、优化、替代动物实验，人源器官芯片成为临床前研究最有潜力的替代方案。
今天给大家解读一篇前沿研究：来自瑞士的AlveoliX开发出Cloud α AX12 多路吸入平台，将呼吸肺芯片和气溶胶暴露舱结合，能够在体外复现远端肺部原位气溶胶吸入全过程，用于吸入毒物风险评估与吸入药物药效筛选。
传统体外模型的痛点：做不好 “真实吸入”
很多体外肺毒性实验，是直接把毒物液体滴加到细胞表面。但真实人体中，有害物质是以气溶胶、微小颗粒的形式，随呼吸沉降在肺泡气 液界面。已有研究证实：雾化气溶胶暴露，化合物吸收速率比直接滴注最高提升12倍，气液界面（ALI）下得到的实验结果和体内相关性远高于浸没培养。
过往商用气溶胶暴露系统，仅能满足上呼吸道研究。肺泡独特的生理特性难以复刻：呼吸带来周期性机械拉伸（CS）、多种细胞构成气血屏障、肺泡巨噬细胞参与免疫应答。简单 Transwell 模型无法模拟呼吸运动，这极大限制了远端肺部毒性、吸入新药的体外评价。
而肺芯片技术可以实现肺泡三维周期性拉伸，模拟人体呼吸；但过去缺少配套的气溶胶给药设备，大多还是采用液体滴加给药，没能真正实现 “芯片上的吸入”。
Cloud α AX12 平台：把 “真实呼吸 + 雾化给药” 搬到芯片上
这套系统由两大部分组成：AX12 呼吸肺芯片模块 + Cloud α 气溶胶暴露舱。
1.AX12 呼吸肺芯片芯片搭载超薄多孔膜，可构建多种人源细胞模型：
✅ 远端肺泡模型：永生化肺泡上皮 iAECs / 原代人肺泡上皮 hAEpCs + 肺泡巨噬细胞 d THP1 + 肺微血管内皮 HLMVEC（三细胞共培养，复刻完整气血屏障）
✅ 上呼吸道模型：Calu 3 支气管上皮细胞可实现两大关键生理条件：气液界面 ALI + 三维周期性拉伸 CS（模拟呼吸），同一培养板可并行设置 “呼吸拉伸” 和 “静态” 对照组。
2.Cloud α 气溶胶暴露舱搭载振动网状雾化器产生气溶胶云雾；集成石英晶体微天平 QCM 6，可以实时、精准测量芯片孔位的气溶胶实际沉积剂量。实验验证，芯片各孔之间气溶胶沉积剂量波动仅 ±8.5%，满足高通量可重复实验的要求。
研究人员选用三类典型受试物，完整模拟 “有毒颗粒物暴露 — 化学毒物损伤 — 吸入药物治疗” 完整研究链条。
① 纳米颗粒（TiO₂、ZnO）：模拟环境职业颗粒吸入
二氧化钛、氧化锌纳米颗粒广泛应用于工业、消费品，职业吸入暴露会诱发肺部炎症、肺气肿。实验结果：
· 雾化纳米颗粒暴露后，肺泡屏障跨上皮电阻 TER 显著下降，紧密连接蛋白 ZO 1 被破坏；LDH 释放升高代表细胞损伤加重，活性氧 ROS 大量生成；促炎基因 IL 6、TNF α、ICAM 1 上调。
· ALI+CS 动态呼吸组损伤远强于静态 ALI 组；无论是单细胞、三细胞共培养，还是珍贵的人原代肺泡细胞，都可以复现毒性反应。
· 二氧化钛、氧化锌联合暴露同样造成屏障破坏与炎症，贴近真实环境混合暴露场景。
今天给大家解读一篇前沿研究：来自瑞士的AlveoliX开发出Cloud α AX12 多路吸入平台，将呼吸肺芯片和气溶胶暴露舱结合，能够在体外复现远端肺部原位气溶胶吸入全过程，用于吸入毒物风险评估与吸入药物药效筛选。
传统体外模型的痛点：做不好 “真实吸入”
很多体外肺毒性实验，是直接把毒物液体滴加到细胞表面。但真实人体中，有害物质是以气溶胶、微小颗粒的形式，随呼吸沉降在肺泡气 液界面。已有研究证实：雾化气溶胶暴露，化合物吸收速率比直接滴注最高提升12倍，气液界面（ALI）下得到的实验结果和体内相关性远高于浸没培养。
过往商用气溶胶暴露系统，仅能满足上呼吸道研究。肺泡独特的生理特性难以复刻：呼吸带来周期性机械拉伸（CS）、多种细胞构成气血屏障、肺泡巨噬细胞参与免疫应答。简单 Transwell 模型无法模拟呼吸运动，这极大限制了远端肺部毒性、吸入新药的体外评价。
而肺芯片技术可以实现肺泡三维周期性拉伸，模拟人体呼吸；但过去缺少配套的气溶胶给药设备，大多还是采用液体滴加给药，没能真正实现 “芯片上的吸入”。
Cloud α AX12 平台：把 “真实呼吸 + 雾化给药” 搬到芯片上
这套系统由两大部分组成：AX12 呼吸肺芯片模块 + Cloud α 气溶胶暴露舱。
1.AX12 呼吸肺芯片芯片搭载超薄多孔膜，可构建多种人源细胞模型：
✅ 远端肺泡模型：永生化肺泡上皮 iAECs / 原代人肺泡上皮 hAEpCs + 肺泡巨噬细胞 d THP1 + 肺微血管内皮 HLMVEC（三细胞共培养，复刻完整气血屏障）
✅ 上呼吸道模型：Calu 3 支气管上皮细胞可实现两大关键生理条件：气液界面 ALI + 三维周期性拉伸 CS（模拟呼吸），同一培养板可并行设置 “呼吸拉伸” 和 “静态” 对照组。
2.Cloud α 气溶胶暴露舱搭载振动网状雾化器产生气溶胶云雾；集成石英晶体微天平 QCM 6，可以实时、精准测量芯片孔位的气溶胶实际沉积剂量。实验验证，芯片各孔之间气溶胶沉积剂量波动仅 ±8.5%，满足高通量可重复实验的要求。
重点发现：气液界面（ALI）联合周期性呼吸拉伸（CS）会产生显著协同效应。相比静态 ALI 培养，模拟呼吸的动态条件下，肺泡屏障对纳米颗粒、有毒化学物更加敏感，细胞损伤、炎症反应明显更强！如果忽略呼吸机械力，体外实验很可能低估吸入物质的毒性。
三组概念验证实验：平台能力得到充分检验研究人员选用三类典型受试物，完整模拟 “有毒颗粒物暴露 — 化学毒物损伤 — 吸入药物治疗” 完整研究链条。
① 纳米颗粒（TiO₂、ZnO）：模拟环境职业颗粒吸入
二氧化钛、氧化锌纳米颗粒广泛应用于工业、消费品，职业吸入暴露会诱发肺部炎症、肺气肿。实验结果：
· 雾化纳米颗粒暴露后，肺泡屏障跨上皮电阻 TER 显著下降，紧密连接蛋白 ZO 1 被破坏；LDH 释放升高代表细胞损伤加重，活性氧 ROS 大量生成；促炎基因 IL 6、TNF α、ICAM 1 上调。
· ALI+CS 动态呼吸组损伤远强于静态 ALI 组；无论是单细胞、三细胞共培养，还是珍贵的人原代肺泡细胞，都可以复现毒性反应。
· 二氧化钛、氧化锌联合暴露同样造成屏障破坏与炎症，贴近真实环境混合暴露场景。
②有毒化学物 PHMG（聚六亚甲基胍）：模拟化学吸入肺损伤
PHMG 曾作为加湿器消毒剂，吸入后会诱发严重肺纤维化，是经典化学肺损伤造模物质。在芯片三细胞共培养模型中，雾化 PHMG 暴露后：
· 短时间内肺泡上皮、内皮双重屏障快速崩溃；细胞死亡显著增加。
· 同时触发强烈炎症，M1/M2 巨噬细胞标志物同时上调，出现上皮 间质转化 EMT，完美复现体内观察到的肺损伤病理特征。
③ 吸入药物丙酸氟替卡松 FL：平台用于药物疗效筛选
PHMG 造成肺损伤后，直接雾化给予抗炎吸入药物丙酸氟替卡松，模拟临床吸入给药治疗。
👉 结果：雾化 FL 可以剂量依赖性降低细胞毒性，抑制 EMT 标志物 α SMA 表达，下调 IL 6、IL 8 等炎症基因。
有意思的现象：药物可以显著抑制炎症，但无法逆转已经发生的严重屏障结构破坏。提示严重肺损伤下，单纯抗炎激素不足以修复物理屏障。
这也证明，该平台不仅做毒性检测，还能够完整评估吸入雾化药物的药效。
研究启示：器官芯片推动吸入药物研发范式变革
1. 生理机械力不可忽视：呼吸带来周期性拉伸会放大肺部对吸入有害物质的响应，静态体外模型会带来结果偏差。想要还原真实肺部反应，ALI + 动态拉伸缺一不可。
2. 实现真正的气溶胶给药，而不是液体滴加：这套系统打通了从 “毒物雾化 — 肺部芯片暴露 — 药效评价” 全流程，更贴合人体真实吸入途径。
3. 多复杂度细胞模型可选：从简单单细胞，到贴近生理的三细胞气血屏障共培养，还可以使用珍贵人原代肺泡细胞，兼顾通量和生理相关性。
4. 监管替代研究潜力巨大：在全球减少动物实验大趋势下，该平台有望用于吸入化学品风险评估、吸入新药临床前筛选，降低动物使用，缩短研发周期。
写在最后
肺芯片 + 气溶胶吸入平台的组合，让我们可以在体外看见 “毒物吸入如何伤肺”，看见 “吸入药物如何发挥保护作用”。期待这类人源体外模型持续迭代，未来助力更多肺病新药走出实验室，走向临床！
瑞士 AlveoliX AX12 呼吸肺芯片及 Cloud α AX12 多路吸入平台，上海迹亚国际商贸有限公司为该品牌中国区授权代理商，全权负责 AlveoliX 系列产品在国内的市场推广、产品销售、设备安装调试以及售后维保全流程服务。
PHMG 曾作为加湿器消毒剂，吸入后会诱发严重肺纤维化，是经典化学肺损伤造模物质。在芯片三细胞共培养模型中，雾化 PHMG 暴露后：
· 短时间内肺泡上皮、内皮双重屏障快速崩溃；细胞死亡显著增加。
· 同时触发强烈炎症，M1/M2 巨噬细胞标志物同时上调，出现上皮 间质转化 EMT，完美复现体内观察到的肺损伤病理特征。
③ 吸入药物丙酸氟替卡松 FL：平台用于药物疗效筛选
PHMG 造成肺损伤后，直接雾化给予抗炎吸入药物丙酸氟替卡松，模拟临床吸入给药治疗。
👉 结果：雾化 FL 可以剂量依赖性降低细胞毒性，抑制 EMT 标志物 α SMA 表达，下调 IL 6、IL 8 等炎症基因。
有意思的现象：药物可以显著抑制炎症，但无法逆转已经发生的严重屏障结构破坏。提示严重肺损伤下，单纯抗炎激素不足以修复物理屏障。
这也证明，该平台不仅做毒性检测，还能够完整评估吸入雾化药物的药效。
研究启示：器官芯片推动吸入药物研发范式变革
1. 生理机械力不可忽视：呼吸带来周期性拉伸会放大肺部对吸入有害物质的响应，静态体外模型会带来结果偏差。想要还原真实肺部反应，ALI + 动态拉伸缺一不可。
2. 实现真正的气溶胶给药，而不是液体滴加：这套系统打通了从 “毒物雾化 — 肺部芯片暴露 — 药效评价” 全流程，更贴合人体真实吸入途径。
3. 多复杂度细胞模型可选：从简单单细胞，到贴近生理的三细胞气血屏障共培养，还可以使用珍贵人原代肺泡细胞，兼顾通量和生理相关性。
4. 监管替代研究潜力巨大：在全球减少动物实验大趋势下，该平台有望用于吸入化学品风险评估、吸入新药临床前筛选，降低动物使用，缩短研发周期。
写在最后
肺芯片 + 气溶胶吸入平台的组合，让我们可以在体外看见 “毒物吸入如何伤肺”，看见 “吸入药物如何发挥保护作用”。期待这类人源体外模型持续迭代，未来助力更多肺病新药走出实验室，走向临床！
瑞士 AlveoliX AX12 呼吸肺芯片及 Cloud α AX12 多路吸入平台，上海迹亚国际商贸有限公司为该品牌中国区授权代理商，全权负责 AlveoliX 系列产品在国内的市场推广、产品销售、设备安装调试以及售后维保全流程服务。
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