由于高致病性病原体可能通过空气颗粒感染宿主，空气生物学 increasingly 被应用于发病机制研究和医学对策开发中。本文展示了在动物生物安全四级最高防护环境中，对非人灵长类动物进行气溶胶攻击时空气生物学操作步骤的详细可视化演示。
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本文内容
摘要
摘要
由于人们日益关注故意气溶胶释放或意外的自然气溶胶传播所带来的威胁，高致病性病原体的气溶胶或吸入式研究数量近期持续增加。开展此类实验的特定实验室需要极为严格的工程控制措施，以提供安全可靠的实验环境，并依赖持续的系统维护来保障正常运行。III级生物安全柜（也称为手套箱）是一种气密性封闭装置，配备不可开启的窗口，通过双高效微粒空气（HEPA）过滤排风系统维持负压状态，是容纳气溶胶发生设备的理想一级防护设施。在高等级生物安全防护条件下，例如从动物生物安全四级（ABSL-4）防护服实验室到ABSL-4生物安全柜实验室之间，工作人员之间周密规划的工作流程是实验成功的关键要素。为确保研究顺利实施，建立通信网络、转移设备与实验对象、以及设备的安装与布置，均要求工作人员在研究启动前仔细规划各项操作程序。本文以美国马里兰州弗雷德里克堡国家卫生研究院过敏与传染病研究所综合研究设施为例，概述并以图示方式展示在ABSL-4环境中开展空气生物学研究的具体方法。
引言
病毒的传播通常通过直接接触或物理接触发生，但许多重要的病毒性疾病（例如，麻疹、水痘、流感）是由通过气溶胶或呼吸道飞沫传播的病原体引起的。这类病原体有可能引发大流行，其后果从伴随工作能力丧失的广泛轻症（例如，普通感冒）到罕见但致死率高的严重疾病（例如，天花）不等。通过自然气溶胶传播或人为气溶胶释放（生物武器）传播的高致病性病原体尤其受到空气生物学领域的关注1。人类可能通过较大的呼吸道飞沫或微小颗粒核迅速感染其中一些病原体，并通过唾液分泌物、咳嗽和打喷嚏轻易将这些病原体传播给他人2。在美国生物防御领域，由于相关感染具有高致死性，高致病性病原体（例如，丝状病毒或其他美国国家过敏与传染病研究所（NIAID）分类A-C优先病原体以及美国疾病控制与预防中心（CDC）生物恐怖剂）成为气溶胶研究项目的重点3,4。过去十年中，由于气溶胶设备和技术以及高等级防护设施的进步，空气生物学领域取得了显著的科学进展5,6。美国国立卫生研究院/国家过敏与传染病研究所（NIH/NIAID）位于马里兰州弗雷德里克的德特里克堡综合研究设施（IRF-Frederick）的研究重点是需要动物生物安全四级（ABSL-4）防护的高致病性新发传染病原体。IRF-Frederick 的总体任务是评估并推动候选疫苗和治疗药物（医学对策）的研发。
在弗雷德里克综合研究设....
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方案
本方案遵循以下动物护理指南。动物饲养于经国际实验动物评估和认可委员会（Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care International）认证的设施中。所有实验程序均经国家过敏和传染病研究所临床研究部动物护理与使用委员会批准，并符合《动物福利法》法规、公共卫生服务政策以及《实验动物护理与使用指南》（Guide for the Care and Use of Laboratory Animals）的建议。
1. 空气生物学：动物生物安全等级4（ABSL-4）防护服实验室
- 实验室准备
- 完成ABSL-4防护服实验室的进入程序（详见文献8中的详细说明）。
- 根据制造商的协议，测试所有在ABSL-4防护服实验室中进行空气生物学操作所涉及的设备（例如，体积描记设备、笔记本电脑、生物危害垃圾桶、生物危害锐器容器、受试对象监测设备）的功能是否正常。
- 在测试快速传递端口（RTP）功能之前，确保转运推车处于生物学洁净状态；RTP通过墙体将转运推车与III级生物安全柜（BSC）相连。
- 仅在经过认证的生物安全柜内操作和稀释病原体。在配备适当消毒剂的II级生物安全柜中配制适当剂型的病原体。将病原体置于....
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结果
III 级生物安全柜（BSC）是一种完全密封的不锈钢安全柜，其内部在负压条件下维持动物生物安全四级（ABSL-4）环境，设置于 ABSL-4 柜式实验室中（图 1）。工作人员可在 ABSL-4 柜式实验室内，通过安装于安全柜下方的不锈钢容器（在 ABSL-4 或 BSL-4 环境中通常称为“浸入式消毒槽”），将物品引入 BSC 内，该容器中盛有浓度为 5% 的双链季铵盐消毒液（正烷基二甲基苄基氯化铵、正烷基二甲基乙基苄基氯化铵）。由于该 BSC 嵌入分隔柜式实验室与 ABSL-4 防护服实验室的墙体中，因此也可通过转运车和快速传递端口（RTP）从 ABSL-4 防护服实验室一侧将物品、实验动物及病毒病原体送入 BSC。研究人员可通过佩戴特定类型的合成橡胶手套（如氯丁橡胶/氯磺化聚乙烯材质）从外部操作 BSC 内的物品。除感染性样本外，BSC 内的物品在经双门高压灭菌器灭菌或通过浸入式消毒槽消毒后方可取出。通过检查和确认 III 级 BSC 及生物气溶胶设备（图 2）正常运行，我们可确保环境的安全性与设备的.......
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讨论
我们概述了弗雷德里克综合研究设施（IRF-Frederick）在处理高危（生物安全等级4）病原体时所采用的空气微生物学操作规程。对生物气溶胶操作流程进行可视化呈现的目的之一，是在使用III级生物安全柜进行此类病原体实验时，强调保障工作人员安全，以避免实验室获得性感染的发生。III级生物安全柜通过维持向内的定向气流，并将排出气体经过双重高效微粒空气（HEPA）过滤器过滤，从而确保病原体被严格封闭在实验室内（图1）。
由于III级生物安全柜（BSC）是防止生物气溶胶研究过程中潜在病原体暴露的主要屏障，研究人员必须在每次气溶胶实验前后检查III级BSC及其附带的集成式合成橡胶手套是否存在泄漏。尽管已尽一切努力消除对实验室研究人员的风险，但仍可能发生III级BSC集成合成橡胶手套破损的情况。必须为工作人员提供理论和实践操作相结合的培训，内容涵盖III级BSC应急响应程序。这些程序包括从ABSL-4柜式实验室撤离、对III级BSC的密闭性破损进行封堵，以及在必要时穿戴个人防护装备。我们过去曾使用过不同厚度的其他类型手套，其选择取决于实验操作所需的精细动作技能.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本出版物的内容不一定反映美国卫生与公共服务部（DHHS）或与作者相关的机构和公司的观点或政策。本工作部分通过巴特尔纪念研究所与美国国家过敏与传染病研究所（NIAID）签订的主合同（合同号：HHSN272200700016I）获得资助。J.K.B.、K.J.、M.R.H.、D.P.、L.B. 和 J.W. 以巴特尔纪念研究所雇员的身份完成了此项工作。作为巴特尔纪念研究所的分包商并参与本工作的人员包括：J.H.K.，Tunnell Government Services, Inc. 的雇员；以及 M.G.L.，Lovelace 呼吸系统研究所的雇员。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| Micro-Chem Plus | 国家化学实验室 | 255 | |
| 乙醇 | Fisher | BP2818500 | |
| 多聚甲醛 | Sigma-Aldrich | 441244 | |
| III级生物安全柜 | Germfree | DGB-10 | |
| 集成式生物安全柜手套 | Piercan | 10UY2032-9 | |
| 气溶胶管理平台（AeroMP） | Biaera Technologies | NA | |
| 头部外露式体积描记法系统 | Buxco/数据科学国际公司 | NA | |
| 呼吸感应体积描记法系统 | 数据科学国际公司 | NA | |
| 中心气流切向气溶胶发生器（CenTAG） | CH Technologies | NA | |
| Collison喷雾器 | BGI Inc. | CN25 | |
| 高压灭菌器 | Getinge | GEB 2404 AMB-2 | |
| Sperian正压防护服 | 霍尼韦尔安全产品公司 | BSL 4-2 | |
| 外层防护服手套（乳胶，Ansell Canners and Handlers） | Fisher | 19-019-601 | |
| 外层防护服手套（腈/橡胶，MAPA） | Fisher | 2MYU1 | |
| 手术刷手服 | Cintas | 60975/60976 | |
| 袜子 | Cintas | 944 | |
| 封箱胶带 | Pack-N-Tape | 51131069695 | |
| 毛巾 | Cintas | 2720 | |
| O型密封圈 | O型圈仓库 | AS568-343 | |
| 鞋套 | Amazon | B0034KZE22 | |
| 拉链润滑剂 | Amazon | B000GKBEJA |
参考文献
- Alibek, K., Handelman, S. The chilling true story of the largest covert biological weapons program in the world-told from inside by the man who ran it. , Random House. New York, NY. (1999).
- Roy, C. J., Pitt, L. M. Infectious disease aerobiology: aerosol challenge methods. Biodefens....
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重印与许可
