Poniższy protokół został wykonany pod nadzorem i za zgodą Instytucjonalnej Komisji ds. Opieki i Korzystania ze Zwierząt (IACUC) Uniwersytetu Michigan.
1. Montaż komory z oparami e-papierosa
UWAGA: Podczas użytkowania całą komorę należy umieścić w dygestorium. Komora użyta w tym przypadku znajdowała się w środowisku laboratoryjnym z filtrowanym powietrzem i kontrolowaną temperaturą. Badacze mogą zdecydować się na monitorowanie tych aspektów systemu, aby zapewnić spójność jakości powietrza w pomieszczeniu. Opcjonalnie, osłonięcie monitorów metalową klatką może zapobiec ingerencji gryzoni, umożliwiając jednocześnie monitorom próbkowanie środowiska wewnątrz komory.
- Należy pozyskać komorę do znieczulania z hermetyczną, zdejmowaną pokrywą o objętości 20 L.
- Używając wyrzynarki z brzeszczotem odpowiednim do cięcia danego materiału, należy wyciąć w pokrywie komory otwór o średnicy 10,2 cm, w odległości około 7,6 cm od tylnej krawędzi komory.
- Należy włożyć regulowany otwór wentylacyjny w otwór i zamocować go za pomocą dowolnego uszczelniacza klejącego.
UWAGA: Należy upewnić się, że uszczelniacz klejący nie jest dostępny dla gryzoni w komorze, ponieważ mogą one go przegryźć. Aby zapobiec temu problemowi, uszczelniacz należy nałożyć na zewnętrzną ściankę komory w celu zamocowania wentylacji.
- Należy pociąć rurkę silikonową na dwa odcinki o długości 15 cm i przymocować ich końce do obu stron złącza T.
UWAGA: Rurki silikonowe mogą reagować z niektórymi składnikami e-papierosów lub dymu tytoniowego. W związku z tym badacze mogą rozważyć zastosowanie rurek niereaktywnych.
- Obie rurki silikonowe należy przełożyć przez fabryczne otwory znajdujące się w pobliżu przodu pokrywy komory w taki sposób, aby złącze T znalazło się wewnątrz komory. Należy upewnić się, że rurki są przymocowane do pokrywy za pomocą uszczelniacza klejącego lub taśmy izolacyjnej.
- Wolne końce rurek silikonowych należy podłączyć do końcówek wylotowych dwóch mikropomp powietrznych. Pompy powinny być zamontowane do pokrywy komory za pomocą dwustronnej taśmy klejącej lub uszczelniacza.
UWAGA: Długość rurki podłączonej do wylotu pompy powinna być krótka, aby ograniczyć ilość pary skraplającej się na wewnętrznej powierzchni rurki podczas użytkowania.
- Używając nowej rurki silikonowej, należy przymocować jeden jej koniec do wlotu jednej z pomp powietrznych (Pompa A na Rysunku 1) i przyciąć tę rurkę do długości około 4 cm. Jest to miejsce, w którym podczas korzystania z komory zostanie umieszczony e-papieros. Należy upewnić się, że średnica rurki zapewnia szczelne dopasowanie do końcówki e-papierosa.
- Używając nowej rurki silikonowej, należy przymocować jeden jej koniec do wlotu drugiej pompy powietrznej (Pompa B na Rysunku 1). Pompa ta będzie wprowadzać powietrze z pomieszczenia do komory. W związku z tym koniec rurki musi znajdować się poza dygestorium. Długość tej rurki nie jest krytyczna, ale powinna być jak najkrótsza, aby ograniczyć opory przepływu powietrza.
- Wewnątrz komory należy przymocować za pomocą dwustronnej taśmy dwa małe haczyki do utrzymania monitorów gazu tlenu i tlenku węgla.

Rysunek 1. Schemat komory do generowania aerozolu z e-papierosa.
Komora znajduje się w dygestorium (nie pokazano). Pompa powietrza pokojowego (Pompa B) stale wprowadza powietrze z otoczenia dygestorium do komory z przepływem 2 L/min. Pompa e-papierosa (Pompa A) generuje zaciągnięcia 133 mL aerozolu z e-papierosa w czasie 4 s, z 30 s przerwą. Aerozol i powietrze pokojowe mieszają się przed wpompowaniem do komory. Monitory gazu stale mierzą stężenia tlenku węgla (CO) i tlenu (O2) wewnątrz komory. Aerozol jest usuwany pasywnie przez otwór wylotowy do dygestorium. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
2. Montaż komory z dymem papierosowym
UWAGA: Z systemem tym można stosować praktycznie każdą markę papierosów, jednak standaryzowane papierosy badawcze, takie jak University of Kentucky 1R6F Research Cigarette, są ekonomiczne, niezawodne i najlepiej nadają się do tej aplikacji.
- Należy wykonać kroki 1.1 - 1.6 oraz krok 1.9.
- Za pomocą nowej rurki silikonowej należy połączyć jeden koniec z urządzeniem do zapalania papierosów, a drugi koniec ze stroną wlotową pompy powietrznej (Pompa A na Ryc. 2). Urządzenie do zapalania papierosów powinno znajdować się wewnątrz dygestorium, ale na zewnątrz komory podczas użytkowania.
Uwaga: Konstrukcja urządzenia do zapalania papierosów wymaga wiedzy z zakresu obróbki metali i inżynierii elektrycznej. Chociaż w niniejszym dokumencie nie przedstawiono szczegółowej instrukcji budowy, plany znajdują się w materiałach uzupełniających.
- Za pomocą nowej rurki silikonowej należy podłączyć jeden koniec do drugiej pompy powietrznej (Pompa B na Ryc. 2). Pompa ta będzie wprowadzać powietrze pokojowe do komory, dlatego koniec rurki musi znajdować się poza dygestorium.
- W przedniej ścianie komory należy wyciąć kilka pionowych szczelin o szerokości 5 mm, a następnie zamontować wentylator komputerowy na zewnątrz komory w taki sposób, aby zakrywał on ten otwór. Należy upewnić się, że przód wentylatora jest skierowany w stronę komory, tak aby wpompowywał on powietrze do jej wnętrza przez wspomniany otwór.

Rysunek 2. Schemat komory dymu papierosowego.
Pompa powietrza pokojowego (Pompa B) w sposób ciągły wprowadza powietrze z pomieszczenia spoza dygestorium do komory z przepływem 2 L/min. Pompa A zasysa dym z zapalonego papierosa przez 40 s z przepływem 2 L/min, a 20 s później wentylator komputerowy opróżnia komorę w ciągu 3 min. Dym i powietrze pokojowe mieszają się przed wpompowaniem do komory. Monitory gazu w sposób ciągły mierzą stężenia tlenku węgla (CO) i tlenu (O2) w komorze. Dym jest usuwany przez otwór wentylacyjny do dygestorium. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
3. Montaż mikrokontrolera i oprogramowanie
- Steruj systemem pompowania komory oparów e-papierosa oraz komory dymu papierosowego za pomocą oddzielnych mikrokontrolerów. Pobierz oprogramowanie do mikrokontrolera i wgraj kody operacyjne zawarte w Materiałach Uzupełniających. Kod dla oparów e-papierosa będzie uruchamiać pompę powietrza pokojowego w sposób ciągły i aktywować pompę e-papierosa na 4 s co 30 s. Kod dla dymu papierosowego będzie uruchamiać pompę powietrza pokojowego w sposób ciągły, aktywować pompę papierosową na 40 s, a następnie aktywować wentylator komputerowy 20 s po zatrzymaniu pompy papierosowej. Wentylator wyłączy się po 3 min pracy.
Uwaga: Czas pracy pomp i wentylatora można dostosować w razie potrzeby. W kwestii wgrywania odpowiednich kodów do mikrokontrolera należy zapoznać się z instrukcjami producenta.
- Aby złożyć mikrokontroler, podłącz przewody, diody, rezystory i kondensatory do płytki stykowej zgodnie z Rysunkiem 3, a następnie podepnij przewody z klipsami krokodylkami do odpowiednich pomp powietrza (oraz do wentylatora komputerowego w przypadku komory dymu papierosowego). Jeśli to możliwe, umieść mikrokontroler poza dygestorium.

Rycina 3. Schemat mikrokontrolera.
Schemat mikrokontrolera i płytki stykowej służącej do sterowania czasem pracy pomp powietrza i wentylatora. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
4. Zwierzęta
- Należy wykorzystać dorosłe szczury o masie od 450 do 520 g.
- Szczury należy podzielić na grupy w zależności od rodzaju ekspozycji (np. papieros elektroniczny, dym tytoniowy, powietrze pokojowe pompowane do komory).
- Przed ekspozycją należy pobrać 500 µL krwi z żyły ogonowej do probówek z EDTA za pomocą strzykawki, aby zmierzyć bazowe stężenie kotyniny w surowicy.
- Próbki krwi należy wirować przy 20,000 x g przez 30 min w temperaturze 4 ˚C, a następnie zebrać surowicę. Należy upewnić się, że próbki przez cały ten proces są schłodzone na lodzie.
- Zgodnie z protokołem producenta należy oznaczyć poziom kotyniny w zebranych próbkach surowicy. Próbki można również przechowywać w temperaturze -80 ˚C do późniejszego użycia.
5. Obsługa komory e-papierosa
- Wnętrze komory należy oczyścić 70% etanolem, a następnie wodą dejonizowaną i pozostawić do wyschnięcia na powietrzu aż do całkowitego wyschnięcia (około 30 min).
- Należy skalibrować monitory gazów i zamocować cały zestaw monitorujący na ścianie wewnątrz komory.
- Umieść szczury wewnątrz komory. Należy pamiętać, że jednocześnie można poddać ekspozycji do trzech zwierząt.
- Upewnij się, że e-papieros jest w pełni naładowany i zawiera odpowiednią ilość e-liquidu, a następnie włóż e-papieros do rurki doprowadzającej. Kluczowe jest zapewnienie, aby poziom naładowania baterii e-papierosa oraz poziom e-liquidu były wystarczające przez cały czas trwania 90-minutowej ekspozycji.
- Włącz pompy powietrza i uruchom stoper.
- Podczas ekspozycji obserwuj monitory gazów, aby upewnić się, że w komorze znajduje się >20% O2 oraz 0 ppm CO.
Uwaga: Jeśli poziom tlenu spadnie, może to oznaczać niewystarczającą wentylację komory lub nieprawidłową kalibrację monitora tlenu.
- Po osiągnięciu 90 min czasu ekspozycji wyjmij e-papieros i kontynuuj pracę pomp gazowych, aby usunąć pozostałe opary. Dodatkowo można podnieść górną część komory, aby przyspieszyć wentylację.
- Po całkowitym usunięciu oparów wyjmij szczury i oczyść komorę.
- Z pobierz 500 µL krwi z żyły ogonowej każdego szczura około 1 h po ekspozycji, po zakończeniu protokołu eksperymentalnego.
- Postępuj zgodnie z krokami 4.4 – 4.5 w celu wyizolowania surowicy i oznaczenia poziomu kotyniny.
6. Obsługa komory do papierosów tytoniowych
- Należy wykonać kroki 5.1 – 5.3.
- Włożyć papierosa do urządzenia do zapalania papierosów, tak aby koniec papierosa opierał się o elementy grzejne.
- Włączyć urządzenie do zapalania papierosów, aż filtr papierosa zacznie się tlić (około 5 s).
- Po zapaleniu papierosa włączyć system pompowania, uruchomić stoper i obserwować spalanie papierosa do końca (około 40 s).
- Po wypaleniu papierosa ostrożnie usunąć niedopałek z urządzenia do zapalania za pomocą pincety.
- Upewnić się, że poziom CO nie przekroczy 1000 ppm, a poziom O2 nie spadnie poniżej 20%. Prawidłowy czas i czas trwania pracy wentylatora komputerowego są kluczowe dla zapobiegania kumulacji tlenku węgla.
- Po 4 min wyłączyć system pompowania i powrócić do kroku 6.2, aż szczury zostaną poddane działaniu dymu tytoniowego przez 90 min (lub około 23 papierosy).
UWAGA: Poziom tlenku węgla 4 min po spaleniu papierosa powinien spaść poniżej 400 ppm, w przeciwnym razie tlenek węgla może zacząć kumulować się w komorze.
- Po zakończeniu ekspozycji pozostawić włączony system pompowania w celu usunięcia pozostałego dymu. Gdy poziom tlenku węgla spadnie poniżej 100 ppm, wyjąć szczury z komory. Powinno to zająć od 5 do 10 min.
- Wyjąć szczury i wyczyścić komorę.
- Pobrać 500 µL krwi z żyły ogonowej około 1 h po ekspozycji, pod koniec protokołu eksperymentalnego, analogicznie jak w przypadku e-papierosów.
- Należy wykonać kroki 4.4 – 4.5 w celu wyizolowania surowicy i przeprowadzenia analizy zawartości kotyniny.