在藥物研發(fā)領域，傳統(tǒng)二維細胞培養(yǎng)模型因缺乏生理相關性，常導致實驗結果與臨床療效脫節(jié)。高通量氣液界面（Air-Liquid Interface, ALI）培養(yǎng)系統(tǒng)通過模擬人體組織真實微環(huán)境，為藥物篩選提供了更接近生理狀態(tài)的實驗平臺，成為抗腫瘤、抗感染及吸入制劑開發(fā)的核心工具。

一、技術原理：三維結構與動態(tài)微環(huán)境的融合

ALI系統(tǒng)的核心在于將細胞或類器官培養(yǎng)于透性支持物（如Transwell插入膜）上，形成上表面暴露于空氣、下表面浸沒培養(yǎng)基的立體結構。這種設計完美復現(xiàn)了人體呼吸道、皮膚及腸道等組織的生理界面：

1.三維分層結構：以皮膚類器官為例，通過ALI培養(yǎng)可誘導囊泡狀結構轉化為平面構型，形成包含毛囊、皮脂腺及黑色素細胞的完整表皮層，其屏障功能與天然皮膚高度相似。

2.動態(tài)流體剪切力：集成微流控技術的ALI系統(tǒng)可模擬體內(nèi)血流或呼吸氣流。例如，AKITA Plate-96肺芯片通過動態(tài)微通道實現(xiàn)肺泡上皮細胞與血管內(nèi)皮細胞的共培養(yǎng)，在剪切力作用下，細胞形成更緊密的屏障結構，滲透性較靜態(tài)培養(yǎng)降低40%。

3.氣體交換與代謝調控：系統(tǒng)配備獨立氣路控制模塊，可精確調節(jié)CO?濃度（精度±0.1%）、氧氣分壓及濕度，支持長時間培養(yǎng)。塔望科技SES-MW系統(tǒng)通過360°溫控設計，可對氣溶膠進行預加熱，更真實模擬呼吸道對吸入氣體的處理過程。

二、高通量設計：效率與精度的雙重突破

傳統(tǒng)ALI培養(yǎng)受限于操作復雜度，難以實現(xiàn)規(guī)?；Y選。新一代系統(tǒng)通過模塊化設計突破瓶頸：

1.多孔板集成化：標準96/384孔板格式兼容自動化液體處理工作站。例如，CULTEX RFS compact系統(tǒng)支持24通道獨立氣路控制，每個通道流量精度達0.5%，單次實驗可處理96個樣本，較傳統(tǒng)Transwell培養(yǎng)效率提升10倍。

2.微流控芯片技術：追光生物OptoBot?平臺結合光電鑷與微流控芯片，可在單芯片上并行操控數(shù)萬個單細胞，實現(xiàn)抗體藥開發(fā)中漿細胞的高通量篩選。該系統(tǒng)將傳統(tǒng)2-3個月的篩選周期縮短至1-2周，成本降低60%。

3.實時監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析：集成高內(nèi)涵成像系統(tǒng)與AI算法，可動態(tài)追蹤類器官形態(tài)變化。例如，Phindr3D算法通過體素級特征學習，自動量化3D成像數(shù)據(jù)中的藥物反應表型，識別靈敏度較人工分析提升3倍。

三、應用場景：從基礎研究到臨床轉化

1.抗腫瘤藥物篩選：ALI培養(yǎng)的腫瘤類器官保留原始組織病理特征及免疫微環(huán)境。研究顯示，ALI模型中PD-1抑制劑對黑色素瘤的抑制率較二維培養(yǎng)高25%，且可預測患者對免疫治療的響應。

2.吸入制劑開發(fā)：塔望科技系統(tǒng)通過高精度氣溶膠發(fā)生器（粒徑2.5-6μm），精確模擬PM2.5或藥物氣溶膠在肺部的沉積模式。在哮喘模型中，該系統(tǒng)成功篩選出可降低氣道高反應性的新型β2受體激動劑。

3.感染性疾病研究：ALI培養(yǎng)的分化人呼吸道上皮細胞可形成纖毛-黏液層，支持流感病毒、SARS-CoV-2等病原體的氣溶膠感染研究。英國曼徹斯特大學利用該技術發(fā)現(xiàn)，奧司他韋在ALI模型中的抗病毒活性較二維培養(yǎng)提高15倍。

四、技術挑戰(zhàn)與未來方向

盡管ALI系統(tǒng)已取得顯著進展，但仍面臨標準化與自動化挑戰(zhàn)：

1.培養(yǎng)基優(yōu)化：需開發(fā)更接近生理條件的無血清培養(yǎng)基，減少動物源性成分干擾。

2.跨器官互作模型：結合器官芯片技術構建多器官系統(tǒng)，模擬藥物代謝與毒性級聯(lián)反應。

3.AI驅動的虛擬篩選：整合高通量數(shù)據(jù)構建機器學習模型，實現(xiàn)藥物活性預測與劑量優(yōu)化。

高通量ALI培養(yǎng)系統(tǒng)正推動藥物研發(fā)向更精準、高效的方向邁進。隨著微流控、AI與3D生物打印技術的融合，這一平臺將在個性化醫(yī)療與再生醫(yī)學領域發(fā)揮更大價值，為人類健康事業(yè)注入新動能。