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Cultex为中国雾霾颗粒健康效应研究提供细胞暴露染毒技术方案

随着近年来,国内频繁爆发的全国性的雾霾天气,关于雾霾对人类健康影响的研究越来越受到重视,仅2014年,便有多个相关重大科研项目得到科技部、财政部等的大力支持。

在国内,由于关于雾霾对健康影响的系统流行病学研究缺失和不足,以实验动物或人类体外培养细胞为模型的呼吸道雾霾暴露的健康效应研究,便成为毒理学、生物医学及环境科学等领域内最有效的研究方法。

细胞水平上雾霾健康效应研究不仅是所有机制性研究的基础,也具更有靶向精确、实验高效、成本较低等优点。目前,国内的细胞体外暴露研究起步较晚,实验方法和水平仍较落后。在细胞暴露实验的设计、评价方法及实验变量控制上均存在很大的不足,导致研究结果有很大的不确定性。

作为中国科研较高水平的中国科学院,在2014年率先在国内提倡采用cultex气-液界面细胞暴露技术进行雾霾健康效应研究,并依此提出多个创新的实验方案,作为气液界面细胞暴露技术的发明与领导者,德国cultex专门为中国雾霾颗粒健康效应研究提供了技术方案,并已经应用于多个开展了的相关重大研究项目之中。其中《雾霾在气液界面上对体外培养细胞进行的直接暴露》、《雾霾中关键颗粒物模型的建立》对雾霾健康效应的研究具有重要意义。

一、          雾霾在气液界面上对体外培养细胞进行的直接暴露


 

如图1 雾霾在气液界面上对体外培养细胞进行的直接暴露系统

 

该方案具有传统细胞暴露染毒无可比拟的技术优点:

1、             大气颗粒物真实、实时、直接的在气-液界面暴露于细胞;

2、             雾霾流量可任意调控;

3、             可稀释调节雾霾颗粒物浓度;

4、             颗粒物垂直沉积于细胞表面,较大程度减小剪切力对细胞及颗粒物沉积的影响;

5、             模拟肺暴露的呼吸道屏障,减小团聚的大颗粒及凝结水滴接触到细胞表面;

6、             采用Cultex RFS辐射流控技术,实验结果具有高度的实验重复性;

7、             全角度水浴,保证体外细胞温度环境的稳定性,提高数据重复性; 

二、          雾霾中关键颗粒物模型的建立

目前对雾霾颗粒健康效应研究中,多采用单分散颗粒物取代具有复杂理化性质的雾霾,如各种PM2.5(或PM10)的标准品或纳米尺度的雾霾超细颗粒。但真实的雾霾颗粒物既有一次粒子也有由一次粒子通过大气化学反应后形成的二次粒子,且二次粒子的毒性效应更大。在不同来源、不同地区的雾霾在粒径、化学组分、微生物组分上均有一定差距。为此,对雾霾中不同颗粒物数目的浓度及其质量浓度之间关系的研究,大气颗粒物中负载的微生物对雾霾颗粒物毒性影响的研究,建立雾霾中关键颗粒物模型的研究具有重要意义。

Cultex根据其在纳米颗粒及全香烟烟雾细胞暴露方面的丰富经验,设计出同粒径分布多浓度梯度系统(如图2),采用专用于细胞暴露的全自动微颗粒物发生Cultex Dust Generator(+HyP),精确发生出单分散气溶胶或混合变量的颗粒物,并通过专门设计的Cultex Aerosol Dilution精确稀释到所需要的度浓度。该系统的使用,可以在同一套系统上高重复性精确控制调节多个变量,了解颗粒物在细胞水平上的健康效应或毒性机制,大大缩短了粒子模型建立的摸索时间。

   

如图2 雾霾中关键颗粒模型建立的同粒径分布多浓度梯度系统 

该系统可以用于炭黑颗粒、纳米颗粒、碳纳米管、香烟烟雾、月尘及各种以空气为载体的混合颗粒物气溶胶对体外细胞进行暴露的健康效应实验。