Ontwikkeling van een neus-alleen inademing toxiciteit testkamer waarmee vier blootstellingsconcentraties voor de Nano-sized deeltjes
18 maart 2019
Een alleen-neus inademing toxiciteit kamer geschikt voor het testen van de inhalatietoxiciteit bij vier verschillende blootstellingsconcentraties werd ontworpen en gevalideerd voor stroom veld uniformiteit en versleping tussen de havens van de blootstelling voor elke concentratie. Hier presenteren we een protocol om te bevestigen dat de ontworpen kamer effectief voor het testen van de toxiciteit van de inhalatie is.
We presenteren een testprotocol dat voldoet aan de OESO-richtlijnen voor inademingstoxiciteitstests voor blootstelling aan één en meerdere concentraties. De inademingskamer met meerdere concentraties, die tot vier blootstellingsconcentraties tegelijk kan testen, zal voor kleine onderzoeksinstituten voordeliger zijn. Om te beginnen met het testen van een enkele concentratie kamer, verzegelen de kamer en controleer het op lekken op 500 en negatieve 500 pascalen meter gedurende 30 minuten per stuk.
Stel vervolgens de temperatuur van de schone lucht in op 23 graden Celsius en een relatieve luchtvochtigheid van 45%. Begin met het stromen van schone lucht door de spuitbus en de schede op respectievelijk 48 en 20 liter per minuut. Stel het uitlaatdrukverschil in op negatieve 100 pascals.
Zodra de stroom is gestabiliseerd, meet u de stroomsnelheden op drie willekeurig geselecteerde poorten van elk niveau om te bevestigen dat de stroom uniform is. De debiet moet ongeveer een liter per minuut. Herhaal de metingen nog twee keer.
Stop vervolgens de luchtstroom en laad een natriumchlorideoplossing van 0,1% in gewicht in het aerosolgeneratiesysteem. Start aerosol generatie op 20 liter per minuut met schone lucht als de drager gas. Verdun de aerosol met 28 liter per minuut schone lucht.
Stel een meetsysteem voor deeltjesgrootte in en selecteer willekeurig drie poorten uit elk niveau van de kamer. Meet de verdeling van de deeltjesgrootte op elke geselecteerde poort drie keer. Om te beginnen met het opzetten van een multi-concentratie kamer, controleer het op lekken en stel de schone luchttoevoer op 23 graden Celsius en 45% relatieve vochtigheid.
Stel de uitlaat in om een differentiële druk van negatieve 100 pascals te behouden. Sluit vervolgens een schone luchttoevoer aan op een poort in het bovenste compartiment en begin met het stromende schone lucht door het compartiment met 11 liter per minuut. Zodra de stroom is gestabiliseerd, meet u de stroomsnelheid op elke beschikbare poort van het bovenste compartiment drie keer.
Herhaal dit proces voor de andere drie compartimenten. Laad vervolgens een natriumchlorideoplossing van 0,1% in gewicht in de aerosolgenerator. Configureer het aerosolverdunningssysteem om een spuitbusstroom van 11 liter per minuut te produceren.
Sluit de spuitbus aan op het bovenste compartiment, wacht tot de stroom is gestabiliseerd en selecteer willekeurig zes poorten uit dat compartiment. Meet de deeltjesgrootteverdeling in elk van deze poorten drie keer met behulp van het meetsysteem voor de deeltjesgrootte. Herhaal dit proces voor elk compartiment.
Spoel de compartimenten door met schone lucht gedurende 30 minuten wanneer deze is voltooid. Sluit vervolgens een schone luchtinlaat aan op het bovenste compartiment en vloei er schone lucht doorheen met 11 liter per minuut. Configureer het aerosolverdunningssysteem voor fijnstof en spuitbussen met hoge concentratie met 11 liter per minuut.
Sluit de lage concentratie lijn aan op het op een na hoogste compartiment en de hoge concentratie lijn op het onderste compartiment. Wacht 10 minuten tot de stromen stabiliseren. Selecteer vervolgens willekeurig één poort uit elk van de drie compartimenten en meet de aerosolconcentratie in de geselecteerde poorten 15 keer om te controleren op kruisbesmetting.
Zowel de blootstellingskamers met één concentratie als de blootstellingskamers met meerdere concentraties vertoonden een goede stromingsuniformiteit op elk horizontaal niveau van de kamer. De genormaliseerde stromen lagen dicht bij de waarden die tijdens het modelleren van het systeem werden berekend. Goede flow uniformiteit werd ook verticaal waargenomen in de single-concentratie kamer.
De multiconcentratiekamer heeft slechts één niveau van poorten per compartiment, dus directe verticale uniformiteitsmetingen waren niet van toepassing. De deeltjesconcentratie was ook horizontaal uniform voor beide kamers en was verticaal uniform voor de kamer met één concentratie. De aerosolconcentraties in verschillende compartimenten van de meerconcentratiekamer vertoonden relatief weinig variatie in 15 metingen, wat duidt op minimale kruisbesmetting tussen compartimenten.
Het is belangrijk om gedurende de hele procedure te controleren op reproduceerbaarheid, vooral tijdens de experimentele test voor de evaluatie van de test met kruisbesmettingstest. Prestatie-evaluatietests kunnen worden uitgebreid door het experimentele resultaat te vergelijken met computationele vloeistofdynamicamodellering van het kamersysteem.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert een gevalideerde nose-only inhalatietoxiciteitskamer die is ontworpen voor het testen van inhalatietoxiciteit bij meerdere blootstellingsconcentraties. Het beschreven protocol waarborgt effectieve tests terwijl voldaan wordt aan de OECD-richtlijnen.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Toxicologie
- Inhalatieblootstelling
- Milieugezondheid
Achtergrond
- Inhalatietoxiciteitstests zijn cruciaal voor het beoordelen van de veiligheid van stoffen.
- Bestaande methoden kunnen onvoldoende efficiënt zijn voor kleine onderzoeksinstituten.
- De ontwikkeling van een kamer met meerdere concentraties pakt deze beperkingen aan.
- Naleving van de OECD-richtlijnen waarborgt standaardisatie in testprotocollen.
Doel van de studie
- Om een kamer te ontwerpen die in staat is om meerdere concentraties gelijktijdig te testen.
- Om de kamer te valideren op uniformiteit van het stromingsveld en kruiscontaminatie.
- Om een protocol te bieden voor effectieve inhalatietoxiciteitstesten.
Gebruikte methoden
- Afdichten van de kamer en lektesten bij gespecificeerde drukwaarden.
- Instellen van de temperatuur en luchtvochtigheid van de schone lucht voor de testcondities.
- Sturen van schone lucht door de aerosoleingang en de mantelstroom met gedefinieerde debieten.
- Monitoren van het drukverschil van de uitlaatlucht tijdens de werking.
Belangrijkste resultaten
- De kamer handhaaft effectief de uniformiteit van het stromingsveld over verschillende concentraties heen.
- Kruiscontaminatie tussen de expositiepoorten werd geminimaliseerd.
- Testen bij meerdere concentraties bleek economisch voordelig voor onderzoeksinstituten.
- Het protocol is in overeenstemming met internationale testnormen.
Conclusies
- De ontwikkelde inhalatiekamer is een betrouwbaar instrument voor toxiciteitstesten.
- Het vergroot de capaciteit voor onderzoek naar inhalatietoxicologie.
- Toekomstige studies kunnen voortbouwen op dit protocol voor diverse stoffen.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Management
Robuuste inhalatietoxiciteitskamers met een gevalideerde capaciteit voor meerdere concentraties zijn essentieel voor de vroege veiligheidsbeoordeling van nanodeeltjes en aerosolen bij de ontwikkeling van geneesmiddelen en materialen. Dit kamerontwerp maakt gelijktijdige, reproduceerbare blootstelling aan vier concentraties mogelijk, wat een efficiënte karakterisering van gevaren ondersteunt en de benodigde middelen vermindert. Deze aanpak versterkt het voorspellende vertrouwen bij de beoordeling van inhalatierisico's en vormt een basis voor beslissingen over portfoliotriage voor geïnhaleerde therapeutica en nanomateriaalkandidaten.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroegtijdige Ontdekking & Targetvalidatie
- Maakt gecontroleerde hypothesetoetsing van de toxiciteit van geïnhaleerde verbindingen bij meerdere concentraties mogelijk.
- Ondersteunt mechanistische risicoreductie door concentratieafhankelijke biologische responsen te isoleren.
- Faciliteert functionele validatie van inhalatietargets in preklinische modellen.
- Verbetert het voorspellende vertrouwen voor het verder ontwikkelen van geïnhaleerde kandidaten.
Screening & Assayontwikkeling
- Biedt gestandaardiseerde, reproduceerbare blootstellingscondities voor assay-ontwikkeling.
- Levert kwantitatieve, compartimentspecifieke uitslagen voor dosis-responsanalyse.
- Vermindert het risico op kruiscontaminatie, wat zorgt voor een betrouwbare evaluatie van verbindingen.
- Maakt schaalbare screening van geïnhaleerde formuleringen of nanomaterialen mogelijk.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Lijnt inhalatie-expositieprotocollen af met regelgevende richtlijnen voor translationele continuïteit.
- Ondersteunt risico-gecorrigeerde voortgang door reproduceerbare toxiciteitsgegevens te genereren.
- Faciliteert overbruggingsstudies van ontdekking naar preklinische veiligheidsbeoordeling.
- Maakt evaluatie van ziekterelevante inhalatie-exposities mogelijk wanneer deze zijn aangepast aan specifieke modellen.
Integratie van Pipeline & Workflow
Deze kamer integreert in het continuüm van ontdekking tot preklinisch onderzoek door vroege, kwantitatieve beoordeling van inhalatietoxiciteit mogelijk te maken en prioritisering van lead-optimalisatie voor geïnhaleerde of nano-geactiveerde therapieën te ondersteunen.
- Discovery Biology: Ondersteunt het testen van nulhypothesen en mechanische risicoreductie voor geïnhaleerde middelen.
- Screening: Biedt gevalideerde, reproduceerbare blootstellingscondities en kwantitatieve output voor dosis-responsstudies.
- Analytics: Maakt nauwkeurige meting van stroomuniformiteit, partikelgrootte en concentratie via de blootstellingspoorten mogelijk.
- Translationeel onderzoek: Sluit aan bij regelgevende protocollen en ondersteunt de continuïteit van vroege ontdekking tot preklinische veiligheidsstudies.
- Enterprise hergebruik: Het ontwerp van de kamer is aanpasbaar voor studies met een enkele of meerdere concentraties en diverse partikeltypes, waardoor het nut voor R&D wordt gemaximaliseerd.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit in inhalatietoxiciteitsstudies.
- Operationele waarde: Standaardiseert expositieprotocollen, verbetert de reproduceerbaarheid en maakt parallel testen mogelijk.
- Strategische waarde: Verbetert de kwaliteit van go/no-go-beslissingen en de kapitaalefficiëntie door consolidatie van multi-dosistests.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering en voortgang van geïnhaleerde of nano-geoptimaliseerde kandidaten.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in aerosolwetenschap, inhalatietoxicologie en vloeistofdynamica-modellering.
- Instrumentatie nodig voor nauwkeurige meting van debiet, druk en partikelgrootte.
- Strenge standaardisatie tussen teams is vereist voor reproduceerbaarheid en vergelijkbaarheid van gegevens.
- Aanpasbaar aan verschillende partikeltypen en concentraties door middel van protocolwijzigingen.
- Prestatievalidatie dient computationele en experimentele controles op kruiscontaminatie te bevatten.
