在生命科学领域，细胞培养技术是解析疾病机制、开发新型药物的核心工具。然而，传统二维（2D）培养因无法模拟体内三维微环境，导致细胞功能表达受限；三维（3D）培养虽更接近生理状态，却面临操作复杂、成本高昂的挑战。气液交互培养系统（Air-Liquid Interface, ALI）通过独特的“半浸没式”设计，在保持3D结构优势的同时，实现了操作标准化与功能精准化，成为呼吸系统、肠道、皮肤等多器官疾病研究及药物开发的关键技术。

一、技术原理：模拟体内极化环境的“双相桥梁”

ALI系统的核心在于通过可渗透膜（如聚酯或聚碳酸酯膜）将细胞与培养基分隔：细胞顶端直接暴露于空气，基底侧通过膜孔吸收营养。这种设计模拟了人体空腔脏器（如呼吸道、肠道）的腔内环境，促使细胞形成极化结构，完成分化与功能成熟。例如，呼吸道上皮细胞在ALI条件下可形成伪分层纤毛上皮，包含纤毛细胞、杯状细胞和基底细胞，其纤毛摆动频率、黏液分泌能力和屏障功能均显著优于传统浸没培养。

二、应用场景：从基础研究到临床转化的全链条覆盖

1. 呼吸系统疾病研究：破解病原体入侵机制

ALI系统为研究呼吸道病毒感染（如SARS-CoV-2）、细菌感染（如金黄色葡萄球菌）和空气污染物（如PM2.5）的致病机制提供了理想模型。例如，利用ALI培养的原代人支气管上皮细胞（HBEC）可模拟肺上皮细胞的体内特性，显示纤毛运动、黏液分泌和紧密连接蛋白表达等关键功能。研究显示，ALI模型中暴露于金黄色葡萄球菌气溶胶的细胞，其炎症因子（如IL-6、TNF-α）分泌量显著升高，且屏障功能受损，与哮喘患者的病理特征高度吻合。此外，ALI系统还可模拟吸入药物（如气雾剂）的局部作用，为哮喘、慢性阻塞性肺病（COPD）等疾病的吸入制剂开发提供关键数据。

2. 肿瘤研究与药物筛选：保留免疫微环境的“活体模型”

ALI技术通过气液交互法构建的肿瘤类器官模型，能够保留原始肿瘤的组织学形态和免疫细胞亚群，为肿瘤免疫治疗研究提供新工具。例如，患者来源的结直肠癌类器官在ALI条件下可形成不规则结构，其肿瘤相关标志物（如CK20、Ki-67）表达与源组织高度一致，且能保留肿瘤浸润淋巴细胞（TILs），包括CD4+T细胞、CD8+T细胞和B细胞。进一步研究显示，ALI模型中添加白细胞介素-2（IL-2）可显著增加TILs数量，为评估免疫治疗药物（如PD-1抑制剂）的疗效提供了可靠平台。

3. 再生医学与组织工程：构建功能性类器官

ALI系统通过模拟皮肤、肠道等组织的生理环境，促进了类器官的成熟与分化。在皮肤领域，ALI培养的表皮细胞可形成分层结构，包含基底层、棘层和角质层，其屏障功能与体内皮肤高度相似，为烧伤修复和化妆品毒性测试提供了高效模型。在肠道领域，ALI培养的类器官能模拟微绒毛形成、营养吸收和分泌功能，为炎症性肠病（IBD）和结直肠癌的研究提供了强大工具。

三、技术优势：突破传统培养的局限性

生理还原度高：ALI系统通过模拟体内气体交换和营养供应条件，使细胞在结构、功能和分化状态上更接近真实组织。例如，ALI培养的肠道类器官可形成完整的吸收-分泌屏障，其跨上皮电阻（TEER）值稳定在500Ω·cm²以上，显著高于传统浸没培养。

实验可重复性强：标准化培养基配方（如PromoCell的ALI培养基）和预筛选细胞（如ALI预筛的HBEpC）的应用，大幅提高了实验结果的稳定性。研究显示，ALI模型中细胞存活率超过70%，且TEER值可维持28天以上。

药物评价更精准：ALI系统能够模拟药物在体内的实际作用方式。例如，在评估吸入药物时，ALI模型可将药物直接添加至细胞顶端表面，而传统浸没培养中药物会覆盖整个细胞，导致结果偏差。

四、未来展望：从实验室到临床的跨越

随着材料科学、微流控技术和人工智能的融合，ALI技术正朝着自动化、智能化和多功能化方向发展。例如，集成全自动培养系统的ALI反应器可通过传感器实时监测培养液高度、温度和pH值，减少人为误差；多器官联用模型则可模拟全身性免疫反应，为系统性疾病研究提供新平台。未来，ALI技术有望在个性化医疗、药物研发和再生医学领域发挥更大作用，成为连接基础研究与临床转化的“黄金桥梁”。