3R动物实验替代技术：AX12肺器官芯片吸入暴露研究平台

一、呼吸系统体外研究面临的现实挑战

在吸入制剂、环境毒理学与呼吸系统新药研发领域，传统研究方法长期依赖


二维静态细胞培养


与


动物模型


。前者缺失机械受力与免疫微环境，导致吸入制剂的药效数据容易偏离真实生理状态；后者则因


异种动物模型


与人体在生理结构及受体通路上存在种属差异，使新药临床研发面临失败率高的问题，同时还受到动物伦理限制与高昂成本的双重约束。基于这一背景，


人源化动态体外肺模型


逐渐成为科研机构与药企关注的方向。

二、AX12：以微流控设计回应行业痛点

AX12


是一款基于


96孔板


设计的器官芯片培养耗材。其


双片式结构


使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


孔位


，支持多组平行实验；采用


生物相容性塑料


材质，可降低药物小分子的吸附损失；开放式设计便于


顶端与底端采样


，并可直接接触膜层观察细胞状态。这一系列设计特点，回应了传统小孔板难以开展多细胞共培养、且塑料材料易吸附药物小分子的现实问题。

三、动态力学与真实吸入场景的一体化模拟

AX12所属的


AX屏障芯片系统


支持


自定义运动模式


，可实现单向或双向膜运动，


拉伸强度


可在


0%-8%形变范围内调节，同时具备频率调节


与


节律控制


功能，用以模拟生理运动或创伤情境下的力学状态。

配套硬件


AXBreather


能够提供循环负压，复制人体肺部每分钟


12次呼吸


、


8%线性应变


的三维周期性扩张与松弛，在芯片层面复现呼吸运动。

在给药层面，


VITROCELL® Cloud Alpha AX12


平台将动态拉伸、


气液界面暴露


与


振动网状雾化


技术结合，细胞可直接暴露于气溶胶而非依赖液体滴加，从而更贴近体内真实吸入路径。该平台配备


石英晶体微天平（QCM）


，可实现


10 ng/cm²


分辨率的实时剂量监测；推荐雾化体积为


300μl


，并配备四种雾化器，覆盖


2.5–6.0 μm、2.5–4.0 μm、4.0–6.0 μm、9.0–12 μm


等气溶胶粒径范围（MMAD），适用于纳米颗粒、吸入药物及化学品的暴露研究。

四、即用型细胞模型与屏障功能验证

针对原代细胞获取与接种繁琐、屏障建立周期长的问题，


AX12C iAlv


作为预接种人类原代肺泡上皮细胞系的即用型肺芯片，具备长期屏障形成能力，可表达


ZO-1、Cav-1、HT1-56、ABCA3、SP-C


等紧密连接及表型标志物，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。

与此同时，


TEER集成阻抗芯片


可实时测量跨上皮/内皮电阻（TER/TEER）变化，实现对屏障完整性与血管渗漏情况的无损、定量监测，为屏障功能动力学研究与炎症病理生理研究提供数据支撑。

五、案例佐证：纳米颗粒长期吸入暴露研究

在一项针对纳米颗粒雾化对肺上皮细胞屏障功能时程变化的研究中，研究团队模拟了相当于工人


45年累积暴露量


的暴露条件。借助


循环拉伸（CS）与气液界面（ALI）联合条件，该研究在体外验证了纳米颗粒诱导屏障损伤与ROS活性氧释放


的动力学特征，为吸入毒理学评价提供了可参考的体外数据支持。

六、品牌背景与中国市场服务

AlveoliX AG于


2015年


成立，总部位于瑞士伯尔尼，研发生产基地设于瑞士比尔（SWISS InnoCampus in Biel）。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，业务网络覆盖亚洲、欧洲、美洲等多个地区。

在中国市场，



上海


迹亚国际商贸

有限公司


（英文简称Gaia China）作为中国市场的授权经销商，于


2016年


成立，总部位于上海市闵行区，为国内科研机构与药企提供AX12及相关器官芯片产品与服务的对接支持。

结语

从


动态力学模拟


到


真实吸入给药路径复现


，AX12及其配套系统尝试在体外环境中还原肺部生理力学与免疫微环境的多重维度，为呼吸系统新药研发、毒理学评价与屏障生物学基础研究提供了一种符合


3R动物实验替代原则


的技术路径。产品的实际适配效果仍需结合具体实验设计与研究目标进行评估，建议相关机构在选型前与技术团队进行详细沟通。