Sterowane mikrokontrolerem urządzenie do wytwarzania płynnych ekstraktów z konwencjonalnego dymu papierosowego i aerozolu z papierosów elektronicznych
18 stycznia 2018
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.
Ogólnym celem tej procedury jest wygenerowanie płynnych ekstraktów z aerozoli papierosów elektronicznych do wykorzystania w testach toksykologicznych. Ta metoda może pomóc odpowiedzieć na ważne pytania dotyczące papierosów elektronicznych, takie jak to, jak aerozol z papierosów elektronicznych wpływa na ludzkie komórki naczyniowe? Główną zaletą tej techniki jest to, że pozwala ona na dostosowanie protokołu przepływu powietrza i czasu zaciągania przez dowolne laboratorium do ich specyficznych potrzeb badawczych.
Implikacje tej techniki rozciągają się w kierunku lepszego zrozumienia potencjalnych zagrożeń związanych z używaniem papierosów elektronicznych, ponieważ zapewnia ona konfigurowalną platformę, która może generować ekstrakty aerozolowe z papierosów elektronicznych we własnym laboratorium. Ta metoda może zapewnić wgląd w ryzyko związane z papierosami elektronicznymi. Może być również stosowany do innych produktów, takich jak konwencjonalne wyroby tytoniowe lub produkty z konopi indyjskich.
Na początek przymocuj 100-mililitrową kolbę Buchnera do stalowego stojaka pierścieniowego i utwórz pułapkę próżniową, wypełniając ją 50 gramami chlorku wapnia, aby służyła jako środek osuszający. Następnie uszczelnić kolbę gumowym korkiem z otworem przelotowym. Owinąć złącze korka folią parafinową i przepuścić pipetę przez otwór.
Za pomocą rurki winylowej podłącz pipetę wystającą z nakładki do złącza węża o przekroju T. Następnie użyj go, aby połączyć ze sobą dwa impingery i podłączyć wyjście drugiego impingera do złącza węża o przekroju T. Następnie użyj rurki winylowej, aby podłączyć port wejściowy pierwszego impingera, który będzie służył jako port inhalacyjny.
Podłącz również ramię boczne kolby Buchnera do portu wejściowego regulatora przepływu powietrza. I podłącz port wyjściowy regulatora przepływu powietrza do pompy próżniowej. Następnie umieść podstawę z gwintem 510 w stojaku pierścieniowym clamp i użyj rurki winylowej, aby podłączyć zawór elektromagnetyczny do wolnego końca złącza węża o przekroju T.
Po zakończeniu sprawdź, czy wszystkie połączenia są szczelne i w razie potrzeby nałóż zaciski na wąż i odkurz smar. Najpierw określ masę każdego kartomizera lub zbiornika do e-papierosów przed ich użyciem, umieszczając je na wadze analitycznej. Różnica masy ciała między stosowaniem przed i po użyciu określi odpowiednie dawkowanie.
W przypadku komercyjnych papierosów badawczych 3R4F zawartość nikotyny wyniesie 7 miligramów. W przypadku wszystkich innych papierosów dostępnych na rynku zawartość nikotyny powinna być oznaczana za pomocą konwencjonalnych metod analitycznych. W przypadku stosowania testu żywotności komórek wychwytu czerwieni obojętnej do dalszej analizy, należy napełnić zbiornik impingera pierwotnego 4,3 mililitra pożywki do hodowli komórek śródbłonka.
Następnie przygotuj elektronicznego papierosa lub konwencjonalnego papierosa do ekstrakcji. Aby przygotować konwencjonalnego papierosa do ekstrakcji, nałóż kawałek przezroczystej taśmy wokół filtra i umieść łatwo widoczny znak w miejscu, w którym bibułka papierosowa łączy się z filtrem. Aby przygotować e-papierosa, upewnij się, że bateria jest dobrze naładowana i że kartomizer jest mocno przykręcony do akumulatora.
Jeśli używasz zbiornika na papierosy elektroniczne, upewnij się, że do zbiornika załadowana jest odpowiednia ilość płynu do papierosów elektronicznych i przykręć zbiornik do podstawy gwintowanej 510. W przypadku tradycyjnego papierosa załaduj go do portu inhalacyjnego i zabezpiecz zaciskiem węża. Następnie włącz pompę próżniową.
Wyreguluj przepływomierz, aby ciągnął 1.65 litra na minutę, aby zapewnić 55-mililitrowe zaciągnięcie w ciągu dwóch sekund. Następnie włącz mikrokontroler i użyj go do zapalenia papierosa przy pierwszym zaciągnięciu. Uruchom pompę, aż zostanie osiągnięte przewidywane pożądane stężenie.
W przypadku e-papierosa zacznij od załadowania go do portu wdechowego i zabezpieczenia za pomocą zacisku węża. Podobnie jak w przypadku konwencjonalnego papierosa, włącz pompę próżniową i wyreguluj przepływomierz, aby pobierał 1,65 litra na minutę, aby zapewnić 55-mililitrowe zaciągnięcie w ciągu dwóch sekund. Uruchom pompę, aż zostanie wykorzystana przewidywana żądana objętość.
Następnie zatrzymaj podciśnienie i określ masę po użyciu każdego kartomizera lub zbiornika do e-papierosów za pomocą wagi analitycznej. Porównaj to z masą przed użyciem, aby określić całkowitą zużytą masę. Jeśli zużyto niewystarczającą masę, włóż elektronicznego papierosa z powrotem do urządzenia i uruchom ekstrakcję na dodatkowy czas.
Po każdej ekstrakcji przepłucz rurki i zbiorniki urządzenia 70% etanolem i wodą dejonizowaną, aby zapobiec przenoszeniu między próbkami. Następnie na krótko uruchom puste urządzenie, aby umożliwić przepływ powietrza, aby pomóc w suszeniu przewodów. Jeśli ekstrakt ma być użyty do hodowli komórkowej, należy przefiltrować ekstrakt zawierający pożywkę przez 0,22-mikronowy filtr strzykawkowy z polieterosulfonu.
Na dzień przed uruchomieniem testu wysiewaj ludzkie komórki śródbłonka żyły pępowinowej na 96-dołkowe płytki po 10 000 komórek na studzienkę w 100 mikrolitrach pożywki do wzrostu komórek śródbłonka. Inkubuj komórki przez 24 godziny w temperaturze 37 stopni Celsjusza i 5% CO2. Następnego dnia zastąp starą pożywkę hodowlaną 100 mikrolitrami świeżej pożywki do hodowli komórek śródbłonka, która ma służyć jako kontrola, lub 100 mikrolitrami pożywki do wzrostu komórek śródbłonka zawierającej 500 mikromoli spożytej nikotyny, która będzie służyć jako grupa leczenia.
Uszczelnij płytkę uszczelką foliową, aby zapewnić szczelność studzienek, a następnie umieść płytkę z powrotem w inkubatorze na 18 do 24 godzin. Wiele składników dymu papierosowego i aerozolu z papierosów elektronicznych jest lotnych, dlatego ważne jest, aby przykryć studzienki uszczelką foliową, aby studzienki były szczelne. Na krótko przed użyciem rozcieńczyć 100x neutralny czerwony roztwór podstawowy od 1 do 100 w pożywce do hodowli komórkowych, aby uzyskać 1x neutralny roztwór do barwienia na czerwono.
Inkubować obojętny roztwór do barwienia na czerwono w temperaturze 37 stopni Celsjusza przez co najmniej 30 minut przed jego użyciem. To normalne, że niektóre kryształy wytrącają się podczas inkubacji. Aby uniknąć stosowania tych kryształów do dołków hodowli komórkowych, przepuść roztwór przez filtr o średnicy 22 mikronów.
Usunąć eksperymentalną pożywkę hodowlaną i dodać 100 mikrolitrów neutralnego roztworu do barwienia na czerwono do każdej studzienki. Użyj nadmiaru plamy, aby utworzyć co najmniej trzy puste studzienki w celu prawidłowego określenia ilościowego. Inkubować płytkę przez dwie do czterech godzin, następnie usunąć obojętny czerwony roztwór barwiący i umyć komórki trzykrotnie przez zanurzenie w PBS.
Następnie nałóż neutralny czerwony roztwór do usuwania plam i inkubuj płytkę przez co najmniej dziesięć minut w temperaturze pokojowej, wstrząsając. Po zakończeniu odczytaj płytkę przy absorbancji 540 nanometrów. W ciągu 24 godzin od wystawienia ludzkich komórek śródbłonka żyły pępowinowej na konwencjonalny ekstrakt z dymu papierosowego lub ekstrakt w aerozolu z papierosów elektronicznych dochodzi do znacznego zmniejszenia żywotności komórek.
Oprócz badań żywotności komórek, same ekstrakty mogą być analizowane za pomocą spektrometrii mas chromatografii gazowej, jeśli są ekstrahowane do acetonu. Za pomocą tej metody można oznaczyć wiele składników ekstraktu. Nie zapominaj, że praca z aerozolem lub dymem może być niebezpieczna i że wszystkie ekstrakcje powinny być wykonywane w kapturze bezpieczeństwa chemicznego.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy artykuł opisuje programowalne urządzenie laboratoryjne zaprojektowane do otrzymywania ekstraktów z dymu z konwencjonalnych papierosów oraz aerozolu z papierosów elektronicznych. Metoda ta umożliwia bezpośrednie porównanie tych dwóch rodzajów produktów, co ułatwia prowadzenie badań nad papierosami elektronicznymi.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Toksykologia
- Zdrowie publiczne
- Badania biomedyczne
Wprowadzenie
- Zrozumienie wpływu aerozolu z papierosów elektronicznych jest kluczowe dla zdrowia publicznego.
- W obecnych badaniach brakuje ustandaryzowanych metod porównywania produktów tytoniowych.
- Metody konfigurowalne mogą zwiększyć istotność badań toksykologicznych.
- Celem niniejszego badania jest wypełnienie luki w metodologiach badawczych dotyczących papierosów elektronicznych.
Cel badania
- W celu otrzymania ekstraktów ciekłych z aerozoli e-papierosów do testów toksykologicznych.
- W celu zbadania wpływu aerozolu e-papierosów na ludzkie komórki naczyniowe.
- W celu zapewnienia laboratoriom możliwości dostosowania platformy do badania ryzyka związanego z e-papierosami.
Zastosowane metody
- Programowalne urządzenie do ekstrakcji aerozolu.
- Konfigurowalne protokoły przepływu powietrza i czasu trwania zaciągnięcia.
- Zastosowanie ekstraktów w testach toksykologicznych.
- Analiza porównawcza z konwencjonalnymi wyrobami tytoniowymi.
Główne wyniki
- Metoda ta umożliwia dostosowanie procesów ekstrakcji do konkretnych potrzeb badawczych.
- Uzyskane informacje mogą dostarczyć wiedzy na temat potencjalnych zagrożeń związanych z używaniem e-papierosów.
- Technika ta ma zastosowanie również do innych produktów, w tym do konopi indyjskich.
Wnioski
- Metoda ta pozwala na lepsze zrozumienie zagrożeń związanych z e-papierosami.
- Stanowi ona cenne narzędzie dla badaczy w dziedzinie toksykologii i zdrowia publicznego.
- W przyszłych badaniach można wykorzystać tę metodę do analizy różnych produktów aerozolowych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Znormalizowana i powtarzalna ekstrakcja dymu papierosowego oraz aerozolu z papierosów elektronicznych jest kluczowa dla oceny toksykologicznej i nauki regulacyjnej. To programowalne urządzenie umożliwia bezpośrednie, ilościowe porównania między produktami konwencjonalnymi a elektronicznymi, wspierając ocenę ryzyka i badania translacyjne. Jego konfigurowalne protokoły wypełniają istotną lukę w opracowywaniu testów i porównywalności międzybadawczej w ramach portfeli biofarmaceutycznych i zdrowia publicznego.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Umożliwia badanie toksyczności aerozoli i dymu na modelach ludzkich komórek w oparciu o postawione hipotezy.
- Wspiera mechanistyczne ograniczanie ryzyka poprzez izolację konkretnych zmiennych ekspozycyjnych.
- Ułatwia funkcjonalną walidację celów toksykologicznych istotnych dla biologii naczyniowej i oddechowej.
Przesiewanie i opracowanie testu
- Zapewnia ustandaryzowane ekstrakty dla powtarzalnych testów żywotności komórek oraz analiz chemicznych.
- Umożliwia ilościowe dawkowanie i kontrolę ekspozycji dla wysokopoziomowych procesów przesiewowych.
- Wspiera skalowalność testów oraz porównywalność między laboratoriami dzięki programowalnym parametrom ekstrakcji.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Umożliwia dopasowanie systemów ekspozycji in vitro do punktów końcowych istotnych dla przebiegu choroby w toksykologii translacyjnej.
- Zapewnia ciągłość między wynikami uzyskanymi na etapie odkrycia a modelami oceny ryzyka przedklinicznego.
- Wspiera identyfikację biomarkerów poprzez powiązanie składu chemicznego z efektami komórkowymi.
Integracja potoku i przepływu pracy
Urządzenie to integruje się z kontinuum odkryć w toksykologii, od wczesnych badań mechanistycznych, przez przedkliniczną ocenę ryzyka, aż po wsparcie w procesie zgłaszania dokumentacji regulacyjnej.
- Biologia odkrywcza: Ułatwia testowanie hipotez dotyczących wpływu aerozoli i dymu w kontrolowanych systemach komórkowych.
- Przesiewy: Dostarcza powtarzalnych, ilościowych ekstraktów do późniejszych analiz żywotności i testów chemicznych.
- Analityka: Umożliwia precyzyjny pomiar zmiennych ekspozycyjnych i składników chemicznych do analiz porównawczych.
- Badania translacyjne: Łączy wyniki in vitro z modelami przedklinicznymi poprzez standaryzację warunków ekspozycji.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje elastyczną, programowalną platformę możliwą do adaptacji w różnych badaniach nad produktami tytoniowymi i konopnymi.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwa
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w zakresie wyników toksykologicznych oraz walidacji celów.
- Wartość operacyjna: Poprawia powtarzalność, standaryzację i porównywalność między badaniami.
- Wartość strategiczna: Stanowi podstawę do podejmowania decyzji o kontynuacji lub przerwaniu prac (go/no-go) w zakresie bezpieczeństwa produktów i zgłoszeń regulacyjnych.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację inicjatyw badawczych z zakresu toksykologii i zdrowia publicznego w oparciu o analizę ryzyka.
Uwagi dotyczące implementacji
- Wymaga wiedzy specjalistycznej z zakresu toksykologii, chemii analitycznej oraz projektowania testów komórkowych.
- Wymaga dostępu do programowalnego sprzętu do ekstrakcji oraz aparatury analitycznej.
- Wymaga rygorystycznej standaryzacji protokołów ekstrakcji i dawkowania pomiędzy zespołami.
- Metoda jest dostosowalna do różnych rodzajów produktów, jednak może wymagać optymalizacji protokołu dla każdej macierzy.
- Należy przeprowadzać w dygestorium ze względu na narażenie na niebezpieczne aerozole i dym.
