隨著近年來(lái)，國(guó)內(nèi)頻繁爆發(fā)的全國(guó)性的霧霾天氣，關(guān)于霧霾對(duì)人類健康影響的研究越來(lái)越受到重視，僅2014年，便有多個(gè)相關(guān)重大科研項(xiàng)目得到科技部、財(cái)政部等的大力支持。

在國(guó)內(nèi)，由于關(guān)于霧霾對(duì)健康影響的系統(tǒng)流行病學(xué)研究缺失和不足，以實(shí)驗(yàn)動(dòng)物或人類體外培養(yǎng)細(xì)胞為模型的呼吸道霧霾暴露的健康效應(yīng)研究，便成為毒理學(xué)、生物醫(yī)學(xué)及環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)最有效的研究方法。

細(xì)胞水平上霧霾健康效應(yīng)研究不僅是所有機(jī)制性研究的基礎(chǔ)，也具更有靶向精確、實(shí)驗(yàn)高效、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)的細(xì)胞體外暴露研究起步較晚，實(shí)驗(yàn)方法和水平仍較落后。在細(xì)胞暴露實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)方法及實(shí)驗(yàn)變量控制上均存在很大的不足，導(dǎo)致研究結(jié)果有很大的不確定性。

作為中國(guó)科研最高水平的中國(guó)科學(xué)院，在2014年率先在國(guó)內(nèi)提倡采用cultex氣-液界面細(xì)胞暴露技術(shù)進(jìn)行霧霾健康效應(yīng)研究，并依此提出多個(gè)創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)方案，作為氣液界面細(xì)胞暴露技術(shù)的發(fā)明與領(lǐng)導(dǎo)者，德國(guó)cultex專門為中國(guó)霧霾顆粒健康效應(yīng)研究提供了技術(shù)方案，并已經(jīng)應(yīng)用于多個(gè)開(kāi)展了的相關(guān)重大研究項(xiàng)目之中。其中《霧霾在氣液界面上對(duì)體外培養(yǎng)細(xì)胞進(jìn)行的直接暴露》、《霧霾中關(guān)鍵顆粒物模型的建立》對(duì)霧霾健康效應(yīng)的研究具有重要意義。

一、          霧霾在氣液界面上對(duì)體外培養(yǎng)細(xì)胞進(jìn)行的直接暴露

如圖1 霧霾在氣液界面上對(duì)體外培養(yǎng)細(xì)胞進(jìn)行的直接暴露系統(tǒng)

該方案具有傳統(tǒng)細(xì)胞暴露染毒無(wú)可比擬的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

1、             大氣顆粒物真實(shí)、實(shí)時(shí)、直接的在氣-液界面暴露于細(xì)胞；

2、             霧霾流量可任意調(diào)控；

3、             可稀釋調(diào)節(jié)霧霾顆粒物濃度；

4、             顆粒物垂直沉積于細(xì)胞表面，最大程度減小剪切力對(duì)細(xì)胞及顆粒物沉積的影響；

5、             模擬肺暴露的呼吸道屏障，減小團(tuán)聚的大顆粒及凝結(jié)水滴接觸到細(xì)胞表面；

6、             采用Cultex RFS輻射流控技術(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有高度的實(shí)驗(yàn)重復(fù)性；

7、             全角度水浴，保證體外細(xì)胞溫度環(huán)境的穩(wěn)定性，提高數(shù)據(jù)重復(fù)性； 

二、          霧霾中關(guān)鍵顆粒物模型的建立

目前對(duì)霧霾顆粒健康效應(yīng)研究中，多采用單分散顆粒物取代具有復(fù)雜理化性質(zhì)的霧霾，如各種PM2.5（或PM10）的標(biāo)準(zhǔn)品或納米尺度的霧霾超細(xì)顆粒。但真實(shí)的霧霾顆粒物既有一次粒子也有由一次粒子通過(guò)大氣化學(xué)反應(yīng)后形成的二次粒子，且二次粒子的毒性效應(yīng)更大。在不同來(lái)源、不同地區(qū)的霧霾在粒徑、化學(xué)組分、微生物組分上均有一定差距。為此，對(duì)霧霾中不同顆粒物數(shù)目的濃度及其質(zhì)量濃度之間關(guān)系的研究，大氣顆粒物中負(fù)載的微生物對(duì)霧霾顆粒物毒性影響的研究，建立霧霾中關(guān)鍵顆粒物模型的研究具有重要意義。

Cultex根據(jù)其在納米顆粒及全香煙煙霧細(xì)胞暴露方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出同粒徑分布多濃度梯度系統(tǒng)（如圖2），采用專用于細(xì)胞暴露的全自動(dòng)微顆粒物發(fā)生Cultex Dust Generator（+HyP），精確發(fā)生出單分散氣溶膠或混合變量的顆粒物，并通過(guò)專門設(shè)計(jì)的Cultex Aerosol Dilution精確稀釋到所需要的度濃度。該系統(tǒng)的使用，可以在同一套系統(tǒng)上高重復(fù)性精確控制調(diào)節(jié)多個(gè)變量，了解顆粒物在細(xì)胞水平上的健康效應(yīng)或毒性機(jī)制，大大縮短了粒子模型建立的摸索時(shí)間。

如圖2 霧霾中關(guān)鍵顆粒模型建立的同粒徑分布多濃度梯度系統(tǒng) 

該系統(tǒng)可以用于炭黑顆粒、納米顆粒、碳納米管、香煙煙霧、月塵及各種以空氣為載體的混合顆粒物氣溶膠對(duì)體外細(xì)胞進(jìn)行暴露的健康效應(yīng)實(shí)驗(yàn)。