Name: Porównanie wpływu oparów papierosów elektronicznych i dymu papierosowego w nowatorskim systemie ekspozycji in vivo (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-05-24T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 44 s
Description: Poznaj metodę budowy komór ekspozycyjnych dla oparów e-papierosów i dymu tytoniowego u gryzoni. System umożliwia kontrolowane porównanie skutków zdrowotnych w badaniach toksykologicznych i kardiologicznych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Te badania były możliwe dzięki grantowi badawczemu Aortic Research Grant (University of Michigan) dla dr Eliasona. Autorzy pragną również podziękować Nickowi Scottowi z Wydziału Znaków i Grafiki Operacji Zakładowych Uniwersytetu Michigan za pomoc w projektowaniu i montażu urządzenia do zapalania papierosów.

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.
<ol>
	<li>Należy pozyskać komorę do znieczulania z hermetyczną, zdejmowaną pokrywą o objętości 20 L.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Wewnątrz komory należy przymocować za pomocą dwustronnej taśmy dwa małe haczyki do utrzymania monitorów gazu tlenu i tlenku węgla.</li>
</ol>
<img alt="Schemat mieszaniny powietrza z e-papierosa z pompami, otworem wylotowym oraz monitorami gazu CO/O2 do analizy emisji." src="/files/ftp_upload/55672/55672fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 1"> 
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. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55672/55672fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
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.
<ol>
	<li>Należy wykonać kroki 1.1 - 1.6 oraz krok 1.9.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
</ol>
<img alt="Schemat układu analizy dymu papierosowego z monitorami gazu do detekcji CO i O2, zawierający pompy powietrza." src="/files/ftp_upload/55672/55672fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 2"> 
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. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55672/55672fig2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
3. Montaż mikrokontrolera i oprogramowanie
<ol>
	<li>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 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55672/supplementary_materials.zip" target="_blank">Materiałach Uzupełniających</a>. 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.</li>
	<li>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.</li>
</ol>
<img alt="Schemat równowagi statycznej oparty na Arduino z komponentami obwodu; konfiguracja powietrza pokojowego i pompy e-papierosa." src="/files/ftp_upload/55672/55672fig3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 3"> 
Rycina 3. Schemat mikrokontrolera. 
Schemat mikrokontrolera i płytki stykowej służącej do sterowania czasem pracy pomp powietrza i wentylatora. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55672/55672fig3large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
4. Zwierzęta
<ol>
	<li>Należy wykorzystać dorosłe szczury o masie od 450 do 520 g.</li>
	<li>Szczury należy podzielić na grupy w zależności od rodzaju ekspozycji (np. papieros elektroniczny, dym tytoniowy, powietrze pokojowe pompowane do komory).</li>
	<li>Przed ekspozycją należy pobrać 500 µL krwi z żyły ogonowej do probówek z EDTA za pomocą strzykawki, aby zmierzyć bazowe stężenie kotyniny w surowicy.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Zgodnie z protokołem producenta należy oznaczyć poziom kotyniny w zebranych próbkach surowicy. Próbki można również przechowywać w temperaturze -80 ˚C do późniejszego użycia.</li>
</ol>
5. Obsługa komory e-papierosa
<ol>
	<li>Wnętrze komory należy oczyścić 70% etanolem, a następnie wodą dejonizowaną i pozostawić do wyschnięcia na powietrzu aż do całkowitego wyschnięcia (około 30 min).</li>
	<li>Należy skalibrować monitory gazów i zamocować cały zestaw monitorujący na ścianie wewnątrz komory.</li>
	<li>Umieść szczury wewnątrz komory. Należy pamiętać, że jednocześnie można poddać ekspozycji do trzech zwierząt.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Włącz pompy powietrza i uruchom stoper.</li>
	<li>Podczas ekspozycji obserwuj monitory gazów, aby upewnić się, że w komorze znajduje się &gt;20% O2 oraz 0 ppm CO. 
	Uwaga: Jeśli poziom tlenu spadnie, może to oznaczać niewystarczającą wentylację komory lub nieprawidłową kalibrację monitora tlenu.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Po całkowitym usunięciu oparów wyjmij szczury i oczyść komorę.</li>
	<li>Z pobierz 500 µL krwi z żyły ogonowej każdego szczura około 1 h po ekspozycji, po zakończeniu protokołu eksperymentalnego.</li>
	<li>Postępuj zgodnie z krokami 4.4 – 4.5 w celu wyizolowania surowicy i oznaczenia poziomu kotyniny.</li>
</ol>
6. Obsługa komory do papierosów tytoniowych
<ol>
	<li>Należy wykonać kroki 5.1 – 5.3.</li>
	<li>Włożyć papierosa do urządzenia do zapalania papierosów, tak aby koniec papierosa opierał się o elementy grzejne.</li>
	<li>Włączyć urządzenie do zapalania papierosów, aż filtr papierosa zacznie się tlić (około 5 s).</li>
	<li>Po zapaleniu papierosa włączyć system pompowania, uruchomić stoper i obserwować spalanie papierosa do końca (około 40 s).</li>
	<li>Po wypaleniu papierosa ostrożnie usunąć niedopałek z urządzenia do zapalania za pomocą pincety.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Wyjąć szczury i wyczyścić komorę.</li>
	<li>Pobrać 500 µL krwi z żyły ogonowej około 1 h po ekspozycji, pod koniec protokołu eksperymentalnego, analogicznie jak w przypadku e-papierosów.</li>
	<li>Należy wykonać kroki 4.4 – 4.5 w celu wyizolowania surowicy i przeprowadzenia analizy zawartości kotyniny.</li>
</ol>

<ol><li>Schoenborn, C. A., Gindi, R. M. <a target="_blank" href="https://www.cdc.gov/nchs/data/databriefs/db217.pdf">Electronic Cigarette Use Among Adults: United States, 2014 Key findings.</a> NCHS. , (2014).</li>
<li>Singh, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tobacco+Use+Among+Middle+and+High+School+Students+-+United+States%2C+2011-2015%5BTitle%5D)+AND+%22MMWR%22%5BJournal%5D)">Tobacco Use Among Middle and High School Students - United States, 2011-2015.</a> MMWR. 65 (14), 361-367 (2016).</li>
<li>Flora, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+potential+impurities+and+degradation+products+in+electronic+cigarette+formulations+and+aerosols%5BTitle%5D)+AND+%22Regul.+Toxicol.+Pharmacol%3A+RTP%22%5BJournal%5D)">Characterization of potential impurities and degradation products in electronic cigarette formulations and aerosols.</a> Regul. Toxicol. Pharmacol: RTP. 74, 1-11 (2016).</li>
<li>Tierney, P. A., Karpinski, C. D., Brown, J. E., Luo, W., Pankow, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flavour+chemicals+in+electronic+cigarette+fluids%5BTitle%5D)+AND+%22Tob.+Control%22%5BJournal%5D)">Flavour chemicals in electronic cigarette fluids.</a> Tob. Control. , (2015).</li>
<li>Sleiman, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emissions+from+Electronic+Cigarettes%3A+Key+Parameters+Affecting+the+Release+of+Harmful+Chemicals%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Emissions from Electronic Cigarettes: Key Parameters Affecting the Release of Harmful Chemicals.</a> Environ. Sci. Technol. 50 (17), 9644-9651 (2016).</li>
<li>Hwang, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electronic+cigarette+inhalation+alters+innate+immunity+and+airway+cytokines+while+increasing+the+virulence+of+colonizing+bacteria%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Mol+Med+%28Berlin%2C+Germany%29%22%5BJournal%5D)">Electronic cigarette inhalation alters innate immunity and airway cytokines while increasing the virulence of colonizing bacteria.</a> Int J Mol Med (Berlin, Germany). 94 (6), 667-679 (2016).</li>
<li>Cheng, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemical+evaluation+of+electronic+cigarettes%5BTitle%5D)+AND+%22Tob+Control%22%5BJournal%5D)">Chemical evaluation of electronic cigarettes.</a> Tob Control. 23, 11-18 (2014).</li>
<li>Etter, J. -F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+longitudinal+study+of+cotinine+in+long-term+daily+users+of+e-cigarettes%5BTitle%5D)+AND+%22Drug+Alcohol+Depend%22%5BJournal%5D)">A longitudinal study of cotinine in long-term daily users of e-cigarettes.</a> Drug Alcohol Depend. 160, 218-221 (2016).</li>
<li>Etter, J. -F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Levels+of+saliva+cotinine+in+electronic+cigarette+users%5BTitle%5D)+AND+%22Addiction%22%5BJournal%5D)">Levels of saliva cotinine in electronic cigarette users.</a> Addiction. 109 (5), 825-829 (2014).</li>
<li>Marsot, A., Simon, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nicotine+and+Cotinine+Levels+With+Electronic+Cigarette%3A+A+Review%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Toxicol%22%5BJournal%5D)">Nicotine and Cotinine Levels With Electronic Cigarette: A Review.</a> Int. J. Toxicol. 35 (2), 179-185 (2016).</li>
<li>Flouris, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acute+impact+of+active+and+passive+electronic+cigarette+smoking+on+serum+cotinine+and+lung+function%5BTitle%5D)+AND+%22Inhal.+Toxicol%22%5BJournal%5D)">Acute impact of active and passive electronic cigarette smoking on serum cotinine and lung function.</a> Inhal. Toxicol. 25 (2), 91-101 (2013).</li>
<li>Bot, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasma+cotinine+levels+in+cigarette+smokers%3A+impact+of+mental+health+and+other+correlates%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+Addict+Res%22%5BJournal%5D)">Plasma cotinine levels in cigarette smokers: impact of mental health and other correlates.</a> Eur Addict Res. 20 (4), 183-191 (2014).</li>
<li>Zhu, S. -H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Four+hundred+and+sixty+brands+of+e-cigarettes+and+counting%3A+implications+for+product+regulation%5BTitle%5D)+AND+%22Tob.+Control%22%5BJournal%5D)">Four hundred and sixty brands of e-cigarettes and counting: implications for product regulation.</a> Tob. Control. 23, Suppl 3. 3-9 (2014).</li>
<li>CH TECHNOLOGIES. Single Cigarette Smoking Machine SCSM-STEP. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://chtechusa.com/products_tag_smoke_single-cigarette-CSM-SCSM.php">http://chtechusa.com/products_tag_smoke_single-cigarette-CSM-SCSM.php</a> (2016).</li>
<li>SCIREQ. inExpose. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.scireq.com/inexpose">http://www.scireq.com/inexpose</a> (2016).</li>
<li>TSE Systems. Cigarette Smoke Generators. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.tse-systems.com/products/inhalation/aerosol-vapor-generation/cigarette-smoke.htm">http://www.tse-systems.com/products/inhalation/aerosol-vapor-generation/cigarette-smoke.htm</a> (2016).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

W tym miejscu opisano metodę konstruowania komór, które w kontrolowany sposób wystawiają gryzonie na działanie oparów E i dymu papierosowego (ryc. 6). Budowa komory na e-papierosy jest stosunkowo prosta i niedroga w porównaniu z komercyjnymi systemami ekspozycji 14,15,16. Części i narzędzia potrzebne do budowy komory są łatwo dostępne u komercyjnych dostawców online. Podobnie, zbudowanie komory dymu papierosoweg...

Od momentu wejścia na rynek amerykański w 2004 roku, elektroniczne papierosy (e-papierosy) rozrosły się do wartego miliardy dolarów przemysłu i szacuje się, że prawie 9 milionów dorosłych używa ich regularnie1. W 2014 i 2015 roku więcej uczniów szkół średnich używało e-papierosów niż tradycyjnych papierosów2. Rosnąca liczba użytkowników e-papierosów zrodziła wysiłki badawcze mające na celu ocenę ich potencjalnych negatywnych skutków zdrowotnych.
E-papierosy wytwarzają parę (nazwaną "E-vapor") poprzez podgrzanie lepkiego roztworu, który zazwyczaj zawiera mieszaninę wody, glikolu polietylenowego lub gliceryny roślinnej, nikotyny i aromatów3,4. Wykazano, że para elektroniczna zawiera kilka szkodliwych związków, w tym reaktywne formy tlenu (ROS), nikotynę, różne aldehydy i wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne5,6. Wiele z tych związków powstaje podczas procesu waporyzacji E-liquidu przed inhalacją7. Warto zauważyć, że kilka z tych szkodliwych związków jest również obecnych w dymie papierosowym, co budzi obawy, że używanie e-papierosów może mieć podobne negatywne konsekwencje zdrowotne7.
Nie ma zgody co do wpływu e-papierosów na zdrowie. Aby rozwiązać ten problem, opracowano kilka zwierzęcych modeli ekspozycji na opary E (Tabela 1). Modele te wykorzystują różne metody, takie jak naświetlanie całego ciała na e-parę i wentylacja mechaniczna. Podczas gdy obecne modele dostarczyły wnikliwych danych, niewiele z nich dokonuje bezpośrednich porównań z dymem papierosowym w ramach tego samego systemu ekspozycji (Tabela 1). Ponadto, podczas gdy kilka badań na ludziach wykazało, że użytkownicy e-papierosów i palacze papierosów mają poziom kotyniny w surowicy między 30-200 ng / ml, wiele modeli ekspozycji na dym papierosowy i parę elektroniczną wykracza poza ten zakres8,9,10,11,12.
Tutaj prezentujemy metodę porównywania efektów ekspozycji na dym papierosowy i opary E-in vivo, która daje poziom kotyniny w surowicy podobny do badań na ludziach.

<table><tbody><tr><td>Zestaw akumulatorów blu PLUS</td><td>blu eCigs</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>1R6F Referencyjne centrum papierosów</td><td>dla Tob Ref&nbsp; Prod UK</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Lexan Komora anestezjologiczna 20 L</td><td>Jorgensen Laboratories</td><td>JOR265</td><td></td></tr><tr><td>Arduino UNO</td><td>Arduino</td><td>2877</td><td></td></tr><tr><td>Prostownik diodowy - 1 A; 50 V</td><td>Spark Fun</td><td>COM-08589</td><td></td></tr><tr><td>Rezystor 10 KOhm 1/6 W PTH - 20 sztuk</td><td>Spark Fun</td><td>COM-11508</td><td></td></tr><tr><td>Kondensatory odsprzęgające elektrolityczne - 100 uF/25 V</td><td>Spark Fun</td><td>COM-00096</td><td></td></tr><tr><td>Płytka stykowa bez&nbsp;</td><td>Systemy prototypowe BusBoard</td><td>BB400</td><td></td></tr><tr><td>Przewody z zaciskiem krokodylkowym</td><td>Systemy prototypowe BusBoard</td><td>CA-M-20</td><td></td></tr><tr>Systemy prototypowe<td>ZipWire</td><td>BusBoard</td><td>ZW-MM-10</td><td></td></tr><tr><td>Wentylator standardowy 80 ST2</td><td>Cooler Master</td><td>R4-S8R-20AK-GP</td><td></td></tr><tr><td>Regulowany odpowietrznik ARIC 4"</td><td>Bestlouver</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>ToxiPro&nbsp; Monitor tlenku węgla (CO)</td><td>Honeywell Analytics</td><td>54-00-10316</td><td></td></tr><tr><td>ToxiPro Oxygen (O2) Monitor</td><td>Honeywell Analytics</td><td>54-45-90-VD</td><td></td></tr><tr><td>Stacja dokująca ToxiPro IQ Express</td><td>Honeywell/Sperian Biosystems&nbsp;</td><td>54-46-9100</td><td></td></tr><tr><td>Hak ścienny Command Mały drut 6-pak</td><td>3M</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Micro pompa wodna/powietrzna</td><td>Xiamen Conjoin Electronics</td><td>CJWP40-A12A1</td><td></td></tr><tr><td>1/4 "Rurka silikonowa</td><td>NewAge</td><td>2801470-100</td><td></td></tr><tr><td>T Złącze</td><td>Bel-Art Scienceware</td><td>F196060000</td><td></td></tr><tr><td>Plastikowa probówka z krwią pełną z natryskiwanym natryskiem K2EDTA</td><td>Becton, Dickinson and Company</td><td>367841</td><td></td></tr><tr><td>zestaw COTYNINE ELISA</td><td>Calbiotech</td><td>CO096D</td><td></td></tr></tbody></table>

porównanie wpływu oparów papierosów elektronicznych i dymu papierosowego w nowatorskim systemie ekspozycji in vivo

Comparing the Effects of Electronic Cigarette Vapor and Cigarette Smoke in a Novel In Vivo Exposure System

Elektroniczne papierosy (E-cigarettes) są szeroko stosowane i zyskują na popularności. Szacuje się, że regularnie korzysta z nich ponad 9 milionów dorosłych. Potencjalne niekorzystne skutki zdrowotne narażenia na opary papierosów elektronicznych (E-vapor) są słabo zdefiniowane. Podczas gdy opracowano kilka modeli zwierzęcych E-steam exposure zostało opracowanych, niewiele modeli wystawia gryzonie na klinicznie istotne ilości nikotyny i dokonuje bezpośrednich porównań do dymu papierosowego w tym samym systemie ekspozycji. W tym miejscu przedstawiamy metodę konstruowania i obsługi E-komora parowa i komora dymu papierosowego. Komory są zbudowane poprzez wyposażenie komór anestezjologicznych w sterowany komputerowo system pompowania, który dostarcza gryzoniom stałe ilości E-para lub dym papierosowy dla gryzoni. Narażenie na nikotynę mierzy się pośrednio poprzez ilościowe określenie poziomu kotyniny w surowicy przed i po ekspozycji. Ten system ekspozycji może być modyfikowany tak, aby uwzględniał różne typy E-papierosów i papierosów tytoniowych, i może być używany do porównywania efektów E-vapor i dym papierosowy in vivo.

Monitorowanie tlenku węgla i tlenu
Stężenia tlenu nie spadły poniżej 20% podczas ekspozycji na e-papieros, a stężenia CO pozostały niewykrywalne przez cały czas trwania ekspozycji. Monitory gazów podczas ekspozycji na dym papierosowy wykazały, że stężenie tlenu utrzymało się powyżej 20%. Stężenia tlenku węgla nie przekroczyły 1,000 ppm (Rysunek 4).
<img a...

Ten protokół opisuje metodę wystawiania gryzoni na działanie oparów papierosów elektronicznych (E-vapor) i dymu papierosowego. Komory ekspozycyjne są konstruowane poprzez modyfikację komór anestezjologicznych za pomocą zautomatyzowanego systemu pompowania, który dostarcza gryzoniom parę E lub dym papierosowy. System ten można łatwo zmodyfikować, aby uwzględnić wiele eksperymentalnych punktów końcowych.

Porównanie wpływu oparów papierosów elektronicznych i dymu papierosowego w nowatorskim systemie ekspozycji in vivo

Electronic cigarettes (E-cigarettes) are being widely used, and growing in popularity. It is estimated that more than 9 million adults use them regularly. ...

Ogólnym celem tego filmu jest przedstawienie metody konstrukcji i obsługi komór do inhalacji e-papierosów oraz dymu tytoniowego, które są łatwo regulowane i dostarczają e-vapor oraz dym tytoniowy gryzoniom w celu badania związanych z tym problemów zdrowotnych. Komory te pomagają w przeprowadzaniu eksperymentów umożliwiających określenie szkodliwego wpływu e-vapor i dymu tytoniowego na zdrowie, zwłaszcza w zakresie chorób płuc i układu sercowo-naczyniowego. Te łatwe w budowie komory są niedrogie i można je swobodnie dostosować do różnych czasów inhalacji lub wydechu, aby symulować ludzkie nawyki palenia.Wykorzystując te komory, możemy poddać gryzonie działaniu e-papierosów z nikotyną oraz bez niej, aby zbadać udział nikotyny w schorzeniach takich jak rak płuc, POChP, alergie i astma. Komora do dymu tytoniowego pomoże nam stworzyć u gryzoni modele chorób indukowanych dymem papierosowym, takich jak tętniak aorty brzusznej. Pozwoli to nam zrozumieć zmiany biochemiczne, które inicjują tę chorobę.Komory te pomogą ustalić, czy stosowanie e-papierosów jest bezpieczniejsze niż konwencjonalny dym tytoniowy. Następnie należy pociąć silikonowy wężyk o średnicy wewnętrznej 1/4 cala na dwa odcinki o długości 15 cm i przymocować ich końce do obu stron łącznika w kształcie litery T. Przeciągnij oba wężyki przez gotowe otwory w przedniej części pokrywy komory w taki sposób, aby łącznik T znajdował się wewnątrz komory.Następnie za pomocą taśmy przymocuj rurki do pokrywy. Dalej, połącz wolne końce rurek silikonowych z wylotami dwóch mikropomp powietrza, a następnie za pomocą dwustronnej taśmy klejącej zamocuj pompy do pokrywy komory. Odetnij cztero centymetrowy odcinek rurki silikonowej i przymocuj jeden z jego końców do wlotu jednej z pomp powietrza.W tym miejscu e-papieros zostanie umieszczony podczas użytkowania komory. Należy upewnić się, że średnica rurki umożliwia szczelne dopasowanie do końcówki e-papierosa. Następnie należy przymocować jeden koniec nowej rurki silikonowej do strony wlotowej drugiej pompy powietrznej.Pompa ta będzie wprowadzać powietrze z pomieszczenia do komory. W związku z tym koniec rurki należy umieścić poza dygestorium. Długość rurki nie jest krytyczna, jednak powinna być jak najkrótsza, aby ograniczyć opór przepływu powietrza.Wewnątrz komory należy za pomocą dwustronnej taśmy klejącej przymocować dwa małe haczyki, które będą podtrzymywać monitory gazów tlenu i tlenku węgla. Aby zbudować komorę do dymu z papierosów tytoniowych, należy przygotować komorę podobną do komory do e-papierosów, wprowadzając jednak pewne modyfikacje. W pierwszej kolejności należy skonstruować urządzenie do zapalania papierosów zgodnie z opisem zawartym w towarzyszącym protokole tekstowym.Przymocuj jeden koniec nowej rurki silikonowej do urządzenia do zapalania papierosów, a drugi koniec do strony wlotowej pompy powietrznej. Następnie umieść urządzenie do zapalania papierosów wewnątrz dygestorium, ale poza komorą podczas jego użytkowania. Następnie przymocuj jeden koniec nowej rurki silikonowej do drugiej pompy powietrznej.Ponieważ pompa ta będzie wprowadzać powietrze pokojowe do komory, należy umieścić koniec tej rurki poza dygestorium. Następnie należy wyciąć kilka pionowych szczelin o szerokości pięciu milimetrów w przedniej ścianie komory i zamontować na zewnątrz wentylator komputerowy w taki sposób, aby zakrywał on ten otwór. Należy upewnić się, że przód wentylatora jest skierowany w stronę komory, tak aby wymuszał on przepływ powietrza do jej wnętrza przez otwór.Sterowanie wentylatorem i pompami powietrznymi należy przeprowadzić za pomocą mikrokontrolera, takiego jak ten pokazany tutaj. Zmontuj mikrokontroler, postępując zgodnie ze szczegółowymi instrukcjami zawartymi w towarzyszącym protokole tekstowym i, jeśli to możliwe, umieść go poza dygestorium. Użyj dorosłych szczurów o masie od 450 do 520 gramów i pogrupuj je zgodnie z rodzajem ekspozycji, na jaką zostaną poddane.Pobrać 500 µL krwi z żyły ogonowej i wirować przy 20 000 ×g przez 30 minut w temperaturze 4 °C w celu wyizolowania surowicy. Należy upewnić się, że próbki są przez cały czas schładzane na lodzie. Zgodnie z protokołem producenta, należy użyć zestawu Cotinine ELISA Kit do pomiaru bazowego stężenia kotyniny w surowicy każdego z zwierząt.W celu codziennej eksploatacji komory do e-papierosów należy rozpocząć od wyczyszczenia wnętrza komory 70% etanolem, a następnie wodą dejonizowaną. Pozostawić do wyschnięcia na powietrzu aż do całkowitego wyschnięcia komory, co powinno zająć około 30 minut. Dodatkowo, po czyszczeniu na dnie komory należy umieścić czystą podkładkę chłonną.Następnie skalibruj monitory gazów i zamontuj cały system monitorujący na ścianie wewnątrz komory. Po wyczyszczeniu i skalibrowaniu umieść jedną grupę szczurów w komorze. Upewnij się, że e-papieros jest w pełni naładowany, a następnie włóż go do rurki doprowadzającej.Monitoruj poziom naładowania baterii i poziom e-liquidu przez cały czas trwania 90-minutowej ekspozycji. Po przygotowaniu włącz pompy powietrza i uruchom stoper. W trakcie ekspozycji obserwuj monitory gazów, aby upewnić się, że poziom tlenu nie spadnie poniżej 20% oraz że stężenie tlenku węgla wynosi zero ppm.Po osiągnięciu 90 minut czasu ekspozycji należy wyjąć e-papierosa i kontynuować pracę pomp gazowych w celu usunięcia pozostałej pary. Gdy para całkowicie zniknie, należy wyjąć szczury i wyczyścić komorę. Około godzinę po zakończeniu ekspozycji, zgodnie z protokołem eksperymentalnym, należy pobrać 500 µL krwi z żyły ogonowej każdego szczura i zmierzyć poziom kotyniny u każdego zwierzęcia.Przed rozpoczęciem ekspozycji na dym tytoniowy z papierosów, należy oczyścić komorę w sposób opisany wcześniej, ponownie skalibrować monitory i umieścić w komorze odpowiednie zwierzęta, maksymalnie trzy jednocześnie. Włóż papierosa do urządzenia do zapalania papierosów i ustaw go tak, aby koniec papierosa stykał się z elementem grzejnym. Następnie włącz urządzenie do zapalania papierosów, aż niedopałek papierosa zacznie się tlić.Po zapaleniu papierosa włącz system pompowania, uruchom stoper i obserwuj spalanie papierosa do końca. Następnie ostrożnie wyjmij zużytego papierosa z urządzenia do zapalania papierosów za pomocą pęsety. Monitoruj poziomy tlenku węgla i tlenu.Należy upewnić się, że poziom tlenku węgla nie przekroczy 1 000 ppm, a poziom tlenu nie spadnie poniżej 20%. W razie potrzeby należy wyregulować wentylator komputerowy, ponieważ odpowiedni czas i czas trwania cyklu są kluczowe dla zapobiegania gromadzeniu się tlenku węgla. Po czterech minutach należy wyłączyć system pompowania i powtórzyć ten proces, aby uzyskać pełne 90 minut ekspozycji na dym tytoniowy. Po zakończeniu ekspozycji należy pozostawić włączony system pompowania w celu usunięcia pozostałości dymu.Gdy stężenie tlenku węgla spadnie poniżej 100 ppm, należy wyjąć szczury i wyczyścić komorę. Około godzinę po ekspozycji należy pobrać 500 µL krwi z żyły ogonowej szczurów i zmierzyć poziom kotyniny u każdego zwierzęcia. Stężenie tlenku węgla w komorze było rejestrowane co 30 sekund podczas wprowadzania dymu z papierosów 1R6F.Przedstawione tutaj wyniki są średnimi z trzech kolejnych czterominutowych cykli. Podczas testu stężenia tlenku węgla nie przekroczyły 1 000 ppm. W przeciwieństwie do tego, w systemie ekspozycji na papierosy elektroniczne stężenia tlenku węgla pozostawały niewykrywalne przez cały czas ekspozycji.Kotynina, główny metabolit nikotyny, została tutaj zmierzona w surowicy zwierząt, zarówno przed ekspozycją, jak i godzinę po ekspozycji. Badanie to wykazuje podobne wartości przed ekspozycją, a zwierzęta poddane działaniu pary z e-papierosa i dymu tytoniowego miały poziomy kotyniny w surowicy mieszczące się w zakresie istotnym klinicznie. Komory te pomogą w dostarczaniu spójnej, klinicznie istotnej pary z e-papierosa oraz dymu tytoniowego gryzoniom i wesprą wysiłki badawcze w określaniu szkodliwych skutków zdrowotnych e-papierosów i dymu tytoniowego.Po opanowaniu tej techniki, prawidłowo przeprowadzony proces można ukończyć w około dwie godziny. Jedną z największych zalet tych komór jest wszechstronność, która pozwala na stosowanie e-papierosów lub płynów do e-papierosów dowolnej marki. Możemy wykorzystać te komory do zbadania, czy beznikotynowe opary e-papierosów o różnych smakach wywołują jakiekolwiek niekorzystne skutki zdrowotne.Modele gryzoni z chorobami wywołanymi przez e-papierosy i dym pomogą nam w opracowaniu lepszych środków terapeutycznych na te schorzenia. Należy pamiętać, że obsługa urządzenia do zapalania papierosów wiąże się z użyciem elementu grzejnego, który może być niezwykle niebezpieczny. Należy skonsultować się z inspektorem przeciwpożarowym, aby upewnić się, że przestrzeń laboratoryjna spełnia odpowiednie wymogi bezpieczeństwa.

comparing-effects-electronic-cigarette-vapor-cigarette-smoke-novel

Research

JoVE Journal

Medicine

Medycyna

Komórki nabłonka płuc można wyizolować z dróg oddechowych myszy i hodować na granicy fazy powietrze-ciecz jako model zróżnicowanego nabłonka oddechowego. Opisano protokół izolacji, hodowli i narażania tych komórek na dym papierosowy z głównego strumienia w celu zbadania odpowiedzi molekularnych na tę toksynę środowiskową.

Izolacja komórek nabłonka dróg oddechowych myszy i ekspozycja na eksperymentalny dym tytoniowy w układzie interfejsu powietrze-ciecz

Source: Li, T., et al. Studying Effects of Cigarette Smoke on Pseudomonas Infection in Lung Epithelial Cells. J. Vis. Exp. (2020).This video demonstrates how cigarette smoke extract weakens antimicrobial defense in lung epithelial cells by reducing AMP production, leading to increased bacterial invasion. The procedure measures intracellular bacterial load to assess the impact of smoke exposure on host-pathogen interactions.

Analyzing the Effects of Cigarette Smoke on Antimicrobial Defense in Lung Epithelial Cells

Celem tego protokołu jest dostarczenie zautomatyzowanych metod ilościowego określania przewlekłych patologii płuc w mysim modelu POChP. Protokół obejmuje wystawienie myszy na dym papierosowy (CS), pomiar czynności płuc, napompowanie płuc oraz zastosowanie metod morfometrycznych do pomiaru rozedmy płuc i przebudowy małych dróg oddechowych u myszy.

Zautomatyzowany pomiar rozedmy płuc i przebudowy małych dróg oddechowych u myszy narażonych na dym papierosowy

Celem tego protokołu jest wystawienie ludzkich organotypowych 3D modeli tkanek oskrzelowych i nosowych na główny nurt dymu papierosowego (CS) na granicy powietrze-ciecz. Wpływ CS na tkanki jest następnie badany za pomocą testu aktywności cytochromu P450, pomiaru bicia rzęsek i podejścia opartego na biologii systemowej.

Ocena skutków powtarzającego się narażenia organotypowych modeli 3D hodowli tkanek oskrzelowych i nosowych na cały dym papierosowy

Tutaj opisujemy programowalne urządzenie laboratoryjne, które może być używane do tworzenia ekstraktów konwencjonalnego dymu papierosowego i aerozolu z papierosów elektronicznych. Metoda ta stanowi użyteczne narzędzie do bezpośrednich porównań między tradycyjnymi papierosami a papierosami elektronicznymi i stanowi przystępny punkt wyjścia do badań nad papierosami elektronicznymi.

Sterowane mikrokontrolerem urządzenie do wytwarzania płynnych ekstraktów z konwencjonalnego dymu papierosowego i aerozolu z papierosów elektronicznych

Na całym świecie rośnie liczba użytkowników elektronicznych papierosów (e-papierosów). Niewiele jednak wiadomo na temat skutków zdrowotnych wywoływanych przez wdychane aerozole do e-papierosów. W tym artykule opisano technikę wytwarzania aerozolu w e-papierosach odpowiednią do narażenia zwierząt i późniejszych badań toksykologicznych. Takie protokoły są wymagane do ustanowienia eksperymentalnie odtwarzalnych i znormalizowanych systemów ekspozycji na e-papierosy.

Wytwarzanie aerozolu z papierosów elektronicznych przez urządzenie do waporyzacji maszynowej trzeciej generacji: zastosowanie do badań toksykologicznych

Ten protokół demonstruje badanie patofizjologicznych skutków dymu papierosowego (CS) za pomocą systemu ekspozycji na inhalację całego ciała (WBI) (WBIS) zbudowanego we własnym zakresie. System ten może wystawiać zwierzęta na działanie CS w kontrolowanych, powtarzalnych warunkach w celu zbadania wpływu CS na rozedmę płuc i hematopoezę.

Narażenie na dym papierosowy u myszy korzystających z systemu inhalacji całego ciała

Wkłady do waporyzacji destylatów z konopi indyjskich to urządzenia zasilane bateryjnie, które aerozolują ekstrakty zawierające wysokie stężenia kannabinoidów. Brak ustalonych modeli przedklinicznych dla tych produktów stwarza wyzwania w badaniu ich skutków fizjologicznych. Aby wypełnić tę lukę, opracowano standaryzowany przedkliniczny mysi model inhalacji dla waporyzowanych destylatów konopi.

Opracowanie przedklinicznego modelu inhalacji do testowania waporyzowanych destylatów z konopi indyjskich

Ustanawiamy ustandaryzowany model in vitro do badania ekspozycji na opary konopi na granicy powietrza i cieczy. Model ten zapewnia systematyczne podejście do badania wpływu waporyzowanej marihuany, odpowiadając na rosnące zainteresowanie waporyzatorami z konopi indyjskich jako alternatywą dla palenia.

Metody in vitro Narażenie komórek nabłonka płuc na działanie konopi indyjskich na granicy faz powietrze-ciecz

Opisano zestaw testowy (IMAP) służący do pogłębionej oceny zdolności słuchowych i poznawczych wpływających na umiejętności słuchania. Jest on szybki w przeprowadzeniu, przyjazny dla dzieci i wolny od zakłóceń językowych. Generowanie bodźców oraz zarządzanie protokołem są kontrolowane za pomocą platformy programowej (IHR-STAR), co zapewnia powtarzalność procedur.

Zrozumienie procesu słuchania: zestaw testów IMAP

Poznaj metodę budowy komór ekspozycyjnych dla oparów e-papierosów i dymu tytoniowego u gryzoni. System umożliwia kontrolowane porównanie skutków zdrowotnych w badaniach toksykologicznych i kardiologicznych.

Porównanie wpływu oparów papierosów elektronicznych i dymu papierosowego w nowatorskim systemie ekspozycji in vivo

Przeglądaj więcej filmów