Name: Opracowanie komory do badania toksyczności inhalacyjnej tylko przez nos, która zapewnia cztery stężenia ekspozycji na nanocząstki (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-03-18T12:30:00.000+00:00
Duration: 5 min 7 s
Description: Poznaj metodę badania toksyczności inhalacyjnej zgodną z wytycznymi OECD, wykorzystującą komorę do czterech stężeń jednocześnie. Protokół zapewnia jednorodność pola przepływu i minimalizuje zanieczyszczenie międzypróbkowe.

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

To badanie było wspierane przez Program Innowacji Technologii Przemysłowej (10052901), Opracowanie wysoce użytecznego systemu testowania toksyczności inhalacyjnej nanomateriałów w handlu, przez Koreański Instytut Oceny Technologii Przemysłowej przez Koreańskie Ministerstwo Handlu, Przemysłu i Energii.

1. Metody analizy numerycznej
<ol>
	<li>Wykonaj analizę pola przepływu wewnątrz komory zgodnie z kształtem geometrycznym, zgodnie z opisem w Rysunek 1 i Tabela 114. 
	UWAGA: Analiza numeryczna pola przepływu zgodnie z kształtem geometrycznym przewiduje przepływ aerozolu i ocenia go jako urządzenie testowalne.</li>
	<li>Zaprojektuj komorę z 4 stopniami x 12 kolumnami, w sumie 48 portów, gdzie rdzeń jest podzielony na wewnętrzną i zewnętrzną wieżę, zgodnie z opisem w <silna klasa="xfig">Rysunek 1B. 
	UWAGA: Każdy etap ma 12 portów ekspozycyjnych do umieszczania zwierząt doświadczalnych. Spełnij zalecenie sugerowane w wytycznych OECD (GD) 396.</li>
	<li>W przypadku ekspozycji na pojedyncze stężenie należy umieścić płytkę mieszającą na szczycie wieży wewnętrznej, aby wymieszać badany materiał i zapewnić równomierne stężenie na wszystkich etapach. W przypadku ekspozycji wielostężeniowej należy podzielić wewnętrzną wieżę na cztery etapy, a stężenia ekspozycji za pomocą dysku rozdzielającego. 
	UWAGA: Płyta mieszająca</li>
</ol>
2. Przygotowanie oceny eksperymentalnej
<ol>
	<li>izba
	<ol>
		<li>Podziel komorę na trzy części: wlot, osłonę i wylot, jak pokazano na schemacie ideowym (<silna klasa="xfig">Rysunek 2). 
		UWAGA: Wlot to miejsce, w którym aerozol wpływa do komory wewnętrznej, a osłona to przestrzeń między wewnętrzną i zewnętrzną wieżą zapewniającą dodatkowy przepływ powietrza.</li>
		<li>Dostarczyć aerozol (lub badany przedmiot) do wewnętrznej wieży i zwierząt doświadczalnych, podczas gdy wydychanie ze zwierząt, które zawierają nadmiar aerozolu, wypływa przez wydech wraz z powietrzem osłonowym. 
		UWAGA: Uchwyty na zwierzęta są zamknięte i puste.</li>
		<li>Utrzymuj stałe ciśnienie wewnętrzne komory za pomocą dmuchawy i falownika, ponieważ wewnętrzne ciśnienie w komorze jest kontrolowane przez przepływ powietrza w osłonie.</li>
		<li>Projektowanie urządzeń do pomiaru jednorodności stężenia badanego aerozolu (lub wyrobu) w komorze mieszania znajdującej się przed komorą naświetlania tylko przez nos w przypadku narażenia na pojedyncze stężenie><.
		UWAGA: Jednorodność badanego aerozolu można ocenić na podstawie jego stężenia liczby cząstek stałych i rozkładu wielkości. Poszczególne próbki stężenia w komorze powinny odbiegać od średniego stężenia w komorze nie więcej niż o ±10% dla gazów i par oraz nie więcej niż o ±20% dla aerozoli ciekłych lub stałych4,5,6,7,8. Tak więc, gdy badane cząstki nie są stałe, przepływ aerozolu można ominąć przez wentylator wyciągowy.</li>
		<li>Sprawdź, czy nie ma wycieków, aby zweryfikować wiarygodność testu i zapewnić bezpieczeństwo, potwierdzając, że system zamknięty ma ±500 Pa, który jest utrzymywany przez 30 min. 
		UWAGA: Wyciek można sprawdzić za pomocą bulgotania mydła.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Kontrola i monitorowanie środowiska
	<ol>
		<li>Ustaw całkowite natężenie dopływu aerozolu (pojedynczego/wielopoziomowego) i powietrza w osłonie odpowiednio na 48 l/min lub 44 l/min (odpowiednio pojedyncze lub wielokrotne) i 20 l/min oraz utrzymuj stałe ciśnienie wewnętrzne komory na poziomie -100 Pa w ustawieniach sterowania interfejsu użytkownika.</li>
		<li>Utrzymuj temperaturę i wilgotność odpowiednio na poziomie 23 °C i 45%. Użyj nawilżacza, aby kontrolować wilgotność naświetlonego powietrza.</li>
		<li>Przeprowadź eksperyment w środowisku o kontrolowanej izotermii i wilgotności, aby zachować zgodność z wytycznymi OECD dotyczącymi toksyczności inhalacyjnej4,6,7,8.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Pomiar jednorodności przepływu
	<ol>
		<li>Dostarcza 48 l/min czystego powietrza do komory inhalacyjnej przez dopływ czystego powietrza z filtrem HEPA sterowanym przez regulator przepływu masowego (MFC). 
		UWAGA: Czyste powietrze powstaje po przefiltrowaniu go filtrem HEPA.</li>
		<li>Ustabilizować przepływ za pomocą komory mieszania w przypadku ekspozycji na pojedyncze stężenie.</li>
		<li>Podłączyć dyszę zasilającą do jednego portu, który wtryskuje świeże powietrze kontrolne lub aerozol testowy (lub artykuł) w przypadku narażenia na wiele stężeń.</li>
		<li>Zmierz prędkość przepływu na port za pomocą przepływomierza masowego.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Generowanie cząstek
	<ol>
		<li>Wygeneruj nanocząstki NaCl za pomocą pięciostrumieniowego rozpylacza, aby ocenić konstrukcję komory inhalacyjnej. 
		UWAGA: Użyj roztworu NaCl o stężeniu 0,1% wag., aby wygenerować nanocząstki NaCl.</li>
		<li>Reguluj MFC, aby kontrolować wielkość produkcji przy 48 l/min powietrza zmieszanego z aerozolem NaCl w pojedynczym stężeniu i przy 12 l/min powietrza zmieszanego z aerozolem NaCl w wielostężeniu co cztery etapy. 
		UWAGA: Każdy port komory tylko na dziób otrzymuje 1 l/min (tj. 48 portów/komora tylko na dziób (czterostopniowy); 48 portów/czterostopniowy; 12 portów/stopień).</li>
		<li>Dostarczyć czyste powietrze do rozcieńczenia w obejściu. 
		UWAGA: Mediana średnicy zliczania i geometryczne odchylenie standardowe nanocząstek NaCl mieszczą się odpowiednio w zakresie 76 nm i 1,4</li>.
	</ol>
	</li>
	<li>Pomiar jednorodności cząstek
	<ol>
		<li>Zmierz rozkład wielkości cząstek nanocząstek NaCl emitowanych z dysz iniekcyjnych za pomocą skanera do pomiaru wielkości cząstek z mobilnością skaningową (SMPS) składającego się z analizatora ruchliwości różnicowej (DMA) i licznika cząstek kondensacji (CPC).</li>
		<li>Użyj neutralizatora aerozolu Am, aby usunąć ładunek statyczny cząstek i zmniejszyć osadzanie się cząstek na ściankach, poprawiając w ten sposób wydajność pomiaru18.</li>
		<li>Utrzymać stosunek natężenia przepływu powietrza aerozolu do osłony DMA na poziomie 1:10, aby utrzymać natężenie przepływu aerozolu i natężenie przepływu powietrza w osłonie na poziomie odpowiednio 1 l/min i 10 l/min.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Test jednorodności przepływu
<ol>
	<li>Narażenie na wiele stężeń
	<ol>
		<li>Ustawić prędkość przepływu dysz wtryskowych, dostarczając czyste powietrze z prędkością 11 l/min przez wlot aerozolu. Wybierz 11 dysz portowych dla każdego z czterech etapów.</li>
		<li>Zmierz natężenie przepływu, aby podłączyć przepływomierz do wybranej dyszy.</li>
		<li>Powtórz krok 3.1.2 3 razy, aby sprawdzić odtwarzalność.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Narażenie na pojedyncze stężenie
	<ol>
		<li>Ustawić prędkość przepływu dysz wtryskowych, dostarczając czyste powietrze o natężeniu 48 l/min przez wlot aerozolu. Losowo wybierz 24 dysze portowe spośród 48 portów. Zmierz 3x, aby zweryfikować odtwarzalność.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Test jednorodności cząstek
<ol>
	<li>Ekspozycja na wiele stężeń
	<ol>
		<li>Ustawić rozkład wielkości cząstek dysz wtryskowych, dostarczając wytworzone cząstki z prędkością 11 l/min przez wlot aerozolu (zrobić to zgodnie z opisem w rozdziale 2).</li>
		<li>Losowo wybrane dysze z sześcioma portami spośród czterech etapów; zmierz 3x, aby zweryfikować odtwarzalność.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Narażenie na pojedyncze stężenie
	<ol>
		<li>Ustawić rozkład wielkości cząstek dysz wtryskowych, dostarczając wytworzone cząstki z prędkością 20 l/min i czyste powietrze z prędkością 28 l/min, co daje łącznie 48 l/min przez wlot aerozolu (zgodnie z opisem w ppkt 2.4 i 2.5).</li>
		<li>Losowo wybierz sześć dysz portowych spośród czterech etapów.</li>
		<li>Zmierz stężenie cząstek, aby podłączyć SMPS do wybranej dyszy.</li>
		<li>Powtórz krok 4.2.3 3x, aby sprawdzić odtwarzalność.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. Test na zanieczyszczenie krzyżowe
<ol>
	<li>Ustaw trzy etapy w przypadku narażenia na wiele stężeń.</li>
	<li>Podłącz dwa generatory o różnych stężeniach roztworu i przewód czystego powietrza do trzech odpowiednich stopni.</li>
	<li>Ustawić rozkład wielkości cząstek dysz wtryskowych, dostarczając wytworzone cząstki i czyste powietrze z prędkością 11 l/min przez wlot aerozolu (jak opisano w ppkt 2.4 i 2.5).</li>
	<li>Losowo wybrana dysza portowa ze wszystkich trzech etapów.</li>
	<li>Zmierz stężenie cząstek, aby podłączyć zasilacz impulsowy do wybranego portu.</li>
	<li>Powtórz krok 5.5 15x, aby sprawdzić odtwarzalność.</li>
</ol>

<ol><li>Phalen, R. F. Methods in Inhalation Toxicology. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPhalen%2C+RF+%22Inhalation+Exposure+Methods%22">Inhalation Exposure Methods</a>. Phalen, R. F. , CRC Press. Boca Raton, FL. 69-84 (1997).</li>
<li>Moss, O. R., James, R. A., Asgharian, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+exhaled+air+on+inhalation+exposure+delivered+through+a+directed-flow+nose-only+exposure+system%5BTitle%5D)+AND+%22Inhalation+Toxicology%22%5BJournal%5D)">Influence of exhaled air on inhalation exposure delivered through a directed-flow nose-only exposure system.</a> Inhalation Toxicology. 18, 45-51 (2006).</li>
<li>White, F. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWhite%2C+FM+%22Fluid+Mechanics%22">Fluid Mechanics</a>. , McGraw-Hill. New York, NY. (2004).</li>
<li>OECD TG 403. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22OECD+guideline+of+the+testing+of+chemicals+403%3A+Acute+inhalation+toxicity+testing%22">OECD guideline of the testing of chemicals 403: Acute inhalation toxicity testing</a>. , OECD. Paris, France. (2009).</li>
<li>OECD TG 436. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22OECD+guideline+of+the+testing+of+chemicals+436%3A+Acute+inhalation+toxicity+-+Acute+Toxic+Class+Method%22">OECD guideline of the testing of chemicals 436: Acute inhalation toxicity - Acute Toxic Class Method</a>. , OECD. Paris, France. (2009).</li>
<li>OECD GD 39. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Series+on+testing+and+assessment+Number+39%3A+Guidance+document+on+acute+Inhalation+toxicity+testing%22">Series on testing and assessment Number 39: Guidance document on acute Inhalation toxicity testing</a>. , OECD. Paris, France. (2009).</li>
<li>OECD TG 412. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22OECD+guideline+of+the+testing+of+chemicals+412%3A+Subacute+inhalation+toxicity+testing%22">OECD guideline of the testing of chemicals 412: Subacute inhalation toxicity testing</a>. , OECD. Paris, France. (2018).</li>
<li>OECD TG 413. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22OECD+guideline+of+the+testing+of+chemicals+413%3A+Subchronic+inhalation+toxicity+testing%22">OECD guideline of the testing of chemicals 413: Subchronic inhalation toxicity testing</a>. , OECD. Paris, France. (2018).</li>
<li>Cannon, W. C., Blanton, E. F., McDonald, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+flow-past+chamber%3A+an+improved+nose-only+exposure+system+for+rodents%5BTitle%5D)+AND+%22American+Industrial+Hygiene+Association+Journal%22%5BJournal%5D)">The flow-past chamber: an improved nose-only exposure system for rodents.</a> American Industrial Hygiene Association Journal. 44, 923-928 (1983).</li>
<li>Oldham, M. J., Phalen, R. F., Robinson, R. J., Kleinman, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+of+a+portable+whole-body+mouse+exposure+system%5BTitle%5D)+AND+%22Inhalation+Toxicology%22%5BJournal%5D)">Performance of a portable whole-body mouse exposure system.</a> Inhalation Toxicology. 16, 657-662 (2004).</li>
<li>Oldham, M. J., Phalen, R. F., Budiman, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+Predicted+and+Experimentally+Measured+Aerosol+Deposition+Efficiency+in+BALB%2FC+Mice+in+a+New+Nose-Only+Exposure+System%5BTitle%5D)+AND+%22Aerosol+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Comparison of Predicted and Experimentally Measured Aerosol Deposition Efficiency in BALB/C Mice in a New Nose-Only Exposure System.</a> Aerosol Science and Technology. 43, 970-997 (2009).</li>
<li>Tuttle, R. S., Sosna, W. A., Daniels, D. E., Hamilton, S. B., Lednicky, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design%2C+assembly%2C+and+validation+of+a+nose-only+inhalation+exposure+system+for+studies+of+aerosolized+viable+influenza+H5N1virus+in+ferrets%5BTitle%5D)+AND+%22Virology+Journal%22%5BJournal%5D)">Design, assembly, and validation of a nose-only inhalation exposure system for studies of aerosolized viable influenza H5N1virus in ferrets.</a> Virology Journal. 7, 135(2010).</li>
<li>Jeon, K., Yu, I. J., Ahn, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+newly+developed+nose-only+inhalation+exposure+chamber+for+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Inhalation+Toxicology%22%5BJournal%5D)">Evaluation of newly developed nose-only inhalation exposure chamber for nanoparticles.</a> Inhalation Toxicology. 24 (9), 550-556 (2012).</li>
<li>Ji, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Twenty-Eight-Day+Inhalation+Toxicity+Study+of+Silver+Nanoparticles+in+Sprague-Dawley+Rats%5BTitle%5D)+AND+%22Inhalation+Toxicology%22%5BJournal%5D)">Twenty-Eight-Day Inhalation Toxicity Study of Silver Nanoparticles in Sprague-Dawley Rats.</a> Inhalation Toxicology. 19, 857-871 (2007).</li>
<li>Ostraat, M. L., Swain, K. A., Krajewski, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SiO2+Aerosol+Nanoparticle+Reactor+for+Occupational+Health+and+Safety+Studies%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Occupational+and+Environmental+Hygiene%22%5BJournal%5D)">SiO2 Aerosol Nanoparticle Reactor for Occupational Health and Safety Studies.</a> Journal of Occupational and Environmental Hygiene. 5, 390-398 (2008).</li>
<li>Pauluhn, J., Thiel, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple+approach+to+validation+of+directed-flow+nose-only+inhalation+chambers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Toxicology%22%5BJournal%5D)">A simple approach to validation of directed-flow nose-only inhalation chambers.</a> Journal of Applied Toxicology. 27, 160-167 (2007).</li>
<li>Aitken, R. J., Creely, K. S., Tran, C. L. Nanoparticles: An occupational hygiene review, Research Report 274. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.hse.gov.uk/research/rrpdf/rr274.pdf">http://www.hse.gov.uk/research/rrpdf/rr274.pdf</a> (2004).</li>
<li>Hansen, S. Charging of aerosol particles - An investigation of the possibility of using Americium-241 for SMPS chargers. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/8950313">http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/8950313</a> (2018).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Badanie toksyczności inhalacyjnej jest obecnie najlepszą metodą oceny materiałów aerozolowych (cząstek i włókien), par i gazów wdychanych przez układ oddechowy człowieka14,15. Istnieją dwie metody ekspozycji inhalacyjnej: całe ciało i tylko nos. Jednak system montowany wyłącznie na nos minimalizuje narażenie drogami innymi niż wziewne, takimi jak skóra i oczy, i umożliwia badanie z minimalnymi ilościami badanego przedmiotu, co czyni go preferowaną metodą narażeni...

Badanie toksyczności inhalacyjnej jest najbardziej wiarygodną metodą oceny ryzyka związanego z czynnikami chemicznymi, cząstkami, włóknami i nanomateriałami1,2,3. W związku z tym większość agencji regulacyjnych wymaga przedłożenia danych z badań toksyczności inhalacyjnej, gdy narażenie na chemikalia, cząstki, włókna i nanomateriały odbywa się poprzez inhalację4,5,6,7,8. Obecnie istnieją dwa rodzaje systemów toksyczności inhalacyjnej: systemy ekspozycji na całe ciało i systemy narażenia tylko przez nos. Standardowy system badania toksyczności inhalacyjnej, obejmujący całe ciało lub tylko nos, wymaga co najmniej czterech komór, aby wystawić zwierzęta, takie jak szczury i myszy, na działanie czterech różnych stężeń, a mianowicie kontroli świeżego powietrza oraz niskich, umiarkowanych i wysokich stężeń7,8. Wytyczne testowe Organizacji Współpracy Gospodarczej i Rozwoju (OECD) sugerują, że wybrane stężenie docelowe powinno umożliwiać identyfikację docelowego narządu (narządów) i wykazanie wyraźnej odpowiedzi na stężenie7,8. Wysoki poziom stężenia powinien skutkować wyraźnym poziomem toksyczności, ale nie powinien powodować śmiertelności ani utrzymujących się objawów, które mogłyby prowadzić do zgonu lub uniemożliwić miarodajną ocenę wyników7,8. Maksymalny osiągalny poziom lub wysokie stężenie aerozoli można osiągnąć przy jednoczesnym spełnieniu normy rozkładu wielkości cząstek. Poziomy umiarkowanego stężenia powinny być rozmieszczone w taki sposób, aby uzyskać gradację skutków toksycznych między niskimi i wysokimi stężeniami7,8. Niski poziom stężenia, który najlepiej byłoby NOAEC (stężenie, przy którym nie obserwuje się szkodliwych skutków), powinien dawać niewielkie lub żadne oznaki toksyczności7,8. Komora na całe ciało wystawia zwierzęta w stanie nieskrępowanym w klatkach z drutu, podczas gdy komora tylko na nos wystawia zwierzę w stanie skrępowanym w zamkniętej tubie. Ogranicznik zapobiega utracie aerozolu w wyniku wycieku wokół zwierzęcia. Ze względu na dużą objętość komory na całe ciało, wymaga ona wystawienia dużej liczby badanych przedmiotów na kontakt ze zwierzętami doświadczalnymi, podczas gdy ograniczenie rurki w systemie ekspozycji tylko na nos utrudnia ruch zwierzęcia i może powodować dyskomfort lub uduszenie. Niemniej jednak regulacyjne wytyczne OECD dotyczące badań toksyczności inhalacyjnej preferują stosowanie systemów inhalacyjnych tylko do nosa4,5,6,7,8.
Jednak dostosowanie się do systemu czterokomorowego, zarówno na całe ciało, jak i tylko na nos, jest drogie, zajmuje dużo miejsca i wymaga wbudowanego systemu oczyszczania i cyrkulacji powietrza. Co więcej, system czterokomorowy może również wymagać oddzielnych generatorów wyrobów do badań w celu wystawienia zwierząt na działanie pożądanych stężeń oraz oddzielnej aparatury pomiarowej do monitorowania stężeń badanego przedmiotu. W związku z tym, ponieważ standardowe badanie toksyczności inhalacyjnej wiąże się ze znacznymi inwestycjami, konieczne jest opracowanie wygodniejszego i bardziej ekonomicznego systemu ekspozycji na całe ciało lub tylko przez nos, który będzie można stosować w małych ośrodkach badawczych. Podczas projektowania komory inhalacyjnej często stosuje się również modelowanie obliczeniowej dynamiki płynów (CFD) w celu uzyskania jednorodności cząstek, gazów lub par9,10,11,12,13. Ocena za pomocą analiz numerycznych i walidacja na podstawie wyników eksperymentalnych została już przeprowadzona dla komory ekspozycyjnej całego ciała dla myszy10. Na przykład przepływ powietrza i trajektoria cząstek zostały zamodelowane za pomocą CFD, a jednorodność rozkładu cząstek została zmierzona w dziewięciu częściach komory całego ciała10. Również komora nosowa została oceniona za pomocą analizy numerycznej za pomocą CFD13. Następnie przeprowadzono ocenę komory naświetlania tylko przez nos, porównując wyniki analizy numerycznej z badaniem eksperymentalnym z użyciem nanocząstek13.
To badanie przedstawia system komór inhalacyjnych tylko do nosa, który może wystawić zwierzęta doświadczalne na działanie czterech różnych stężeń w jednej komorze. Początkowo zaprojektowany przy użyciu CFD i analizy numerycznej, proponowany system jest następnie porównywany z badaniem eksperymentalnym z wykorzystaniem nanoskalowych cząstek chlorku sodu w celu walidacji jednorodności i zanieczyszczenia krzyżowego. Przedstawione wyniki wskazują, że prezentowana komora nosowa, która może wystawiać zwierzęta na działanie czterech różnych stężeń, może być wykorzystywana do badań narażenia zwierząt w małych obiektach akademickich i badawczych. Analiza numeryczna jest ustawiana w następujący sposób, w taki sam sposób, jak ustawienie eksperymentu. W przypadku ekspozycji na pojedyncze stężenie przepływ aerozolu do wieży wewnętrznej jest ustawiony na 48 l/min, a przepływ osłony do wieży zewnętrznej jest ustawiony na 20 l/min. W przypadku ekspozycji wielostężeniowej przepływ aerozolu do wewnętrznego wejścia wieży wynosi 11 l/min dla każdego etapu. Różnica ciśnień na wylocie utrzymuje się na poziomie -100 Pa, aby utrzymać płynny przepływ spalin i zapobiec wyciekom. Załóżmy, że uchwyty na zwierzęta są zamknięte i puste.

<table><tbody><tr><td>BIEGŁY V.17.2&nbsp;</td><td></td>Przepływomierz masowy (MFM) <td>z oprogramowaniem ANSYS</td><td></td></tr> <tr><td></td><td>TSI</td><td>4043</td><td></td></tr><tr><td>SMPS (skaner wielkości cząstek)</td> <td>Grimm&nbsp;</td><td>Atomizer SMPS+C</td><td></td></tr><tr><td>5-strumieniowy&nbsp;</td><td>HCTM</td><td>5JA-1000</td><td></td></tr><tr><td>Regulator przepływu masowego (MFC)</td><td>Horiba</td><td>S48-32</td><td></td></tr></tbody></table>

opracowanie komory do badania toksyczności inhalacyjnej tylko przez nos, która zapewnia cztery stężenia ekspozycji na nanocząstki

Development of a Nose-only Inhalation Toxicity Test Chamber That Provides Four Exposure Concentrations of Nano-sized Particles

Korzystając z analizy numerycznej opartej na skomputeryzowanej dynamice płynów, komora toksyczności inhalacyjnej tylko dla nosa z czterema różnymi stężeniami ekspozycji została zaprojektowana i zweryfikowana pod kątem jednorodności pola przepływu i zanieczyszczenia krzyżowego między portami ekspozycji dla każdego stężenia. Zaprojektowane wartości pola przepływu są porównywane z wartościami zmierzonymi z portów ekspozycyjnych rozmieszczonych poziomo i pionowo. W tym celu nanoskalowe cząstki chlorku sodu są generowane jako cząstki testowe i wprowadzane do komory inhalacyjnej w celu oceny zanieczyszczenia krzyżowego i utrzymania stężenia między komorami, dla każdej grupy stężenia. Wyniki wskazują, że zaprojektowana wielokoncentrowa komora inhalacyjna może być stosowana w badaniach toksyczności inhalacyjnej u zwierząt bez zanieczyszczenia krzyżowego między grupami stężeń. Co więcej, zaprojektowana wielostężona komora inhalacyjna może być również przekształcona w komorę inhalacyjną o pojedynczym stężeniu. Dalsze badania z użyciem gazu, pary organicznej lub cząstek niew skali nano zapewnią wykorzystanie komory w testach inhalacyjnych innych badanych artykułów.

Układ doświadczalny
Rysunek 1 przedstawia schematyczny diagram systemu komory inhalacyjnej typu „nose-only”, obejmującego generator cząstek z MFC, komorę „nose-only”, instrument do pomiaru cząstek w celu monitorowania jakości powietrza, kontroler oraz moduł wyciągowy, opracowany na podstawie sekcji 2 protokołu.
Projekt analizy numerycznej
<p...

Komora do toksyczności inhalacyjnej tylko dla nosa, zdolna do testowania toksyczności inhalacyjnej przy czterech różnych stężeniach ekspozycji, została zaprojektowana i zatwierdzona pod kątem jednorodności pola przepływu i zanieczyszczenia krzyżowego między portami ekspozycji dla każdego stężenia. W niniejszej sprawie przedstawiamy protokół potwierdzający, że projektowana komora jest skuteczna w badaniach toksyczności inhalacyjnej.

Opracowanie komory do badania toksyczności inhalacyjnej tylko przez nos, która zapewnia cztery stężenia ekspozycji na nanocząstki

Using a numerical analysis based on computerized fluid dynamics, a nose-only inhalation toxicity chamber with four different exposure concentrations is ...

Przedstawiamy protokół badania, który jest zgodny z wytycznymi OECD dotyczącymi badania toksyczności inhalacyjnej dla narażenia na pojedyncze i wielokrotne stężenia. Komora inhalacyjna o wielu stężeniach, która może testować do czterech stężeń ekspozycji jednocześnie, będzie bardziej ekonomiczna dla małych instytutów badawczych. Aby rozpocząć testowanie komory o pojedynczym stężeniu, uszczelnij komorę i sprawdzaj ją pod kątem szczelności przy wskaźniku 500 i ujemnym 500 paskali przez 30 minut każdy.Następnie ustaw temperaturę czystego powietrza na 23 stopnie Celsjusza i 45% wilgotności względnej. Zacznij przepływać czyste powietrze przez wlot aerozolu i osłonę z prędkością odpowiednio 48 i 20 litrów na minutę. Ustaw różnicę ciśnień spalin na minus 100 paskalów.Po ustabilizowaniu się przepływu zmierz prędkości przepływu w trzech losowo wybranych portach z każdego poziomu, aby potwierdzić, że przepływ jest równomierny. Natężenie przepływu powinno wynosić około jednego litra na minutę. Powtórz pomiary jeszcze dwa razy.Następnie zatrzymaj przepływ powietrza i załaduj 0,1% wagowo roztwór chlorku sodu do systemu generowania aerozolu. Rozpocznij wytwarzanie aerozolu z prędkością 20 litrów na minutę z czystym powietrzem jako gazem nośnym. Rozcieńczyć aerozol w 28 litrach czystego powietrza na minutę.Skonfiguruj system pomiaru wielkości cząstek i losowo wybierz trzy porty z każdego poziomu komory. Zmierz trzykrotnie rozkład wielkości cząstek w każdym wybranym porcie. Aby rozpocząć tworzenie komory wielostężeniowej, sprawdź, czy nie ma w niej wycieków i ustaw dopływ czystego powietrza na 23 stopnie Celsjusza i 45% wilgotności względnej.Ustaw wydech tak, aby utrzymywał różnicę ciśnień ujemną 100 paskalów. Następnie podłącz dopływ czystego powietrza do portu w górnej komorze i zacznij przepływać czyste powietrze przez komorę z prędkością 11 litrów na minutę. Gdy przepływ się ustabilizuje, zmierz trzykrotnie prędkość przepływu w każdym dostępnym porcie górnej komory.Powtórz ten proces dla pozostałych trzech przedziałów. Następnie załaduj 0,1% wagowo roztwór chlorku sodu do generatora aerozolu. Skonfiguruj system rozcieńczania aerozolu tak, aby wytwarzał przepływ aerozolu z prędkością 11 litrów na minutę.Podłącz wlot aerozolu do górnej komory, poczekaj, aż przepływ się ustabilizuje i losowo wybierz sześć portów z tej komory. Zmierz trzykrotnie rozkład wielkości cząstek w każdym z tych portów za pomocą systemu pomiaru wielkości cząstek. Powtórz ten proces dla każdej komory.Po zakończeniu spłukuj komory czystym powietrzem przez 30 minut. Następnie podłącz wlot czystego powietrza do górnej komory i przepuszczaj przez niego czyste powietrze z prędkością 11 litrów na minutę. Skonfiguruj system rozcieńczania aerozoli dla przepływu aerozoli o niskim i wysokim stężeniu z prędkością 11 litrów na minutę.Podłącz przewód o niskim stężeniu do drugiego najwyższego komory, a przewód o wysokim stężeniu do dolnej komory. Odczekaj 10 minut, aż przepływy się ustabilizują. Następnie losowo wybierz jeden port z każdej z trzech komór i zmierz stężenie aerozolu w wybranych portach 15 razy każdy, aby sprawdzić, czy nie ma zanieczyszczenia krzyżowego.Zarówno komory ekspozycji jednostężeniowej, jak i wielostężeniowej wykazały dobrą jednorodność przepływu na każdym poziomym poziomie komory. Znormalizowane przepływy były zbliżone do wartości obliczonych podczas modelowania systemu. Dobrą równomierność przepływu zaobserwowano również w pionie w komorze pojedynczego zatężenia.Komora wielostężeniowa ma tylko jeden poziom portów na komorę, więc bezpośrednie pomiary jednorodności pionowej nie miały zastosowania. Stężenie cząstek było również równomierne w poziomie dla obu komór i było jednorodne w pionie dla komory o pojedynczym stężeniu. Stężenia aerozoli w różnych komorach komory wielostężeniowej wykazywały stosunkowo niewielkie różnice w 15 pomiarach, co wskazuje na minimalne zanieczyszczenie krzyżowe między komorami.Ważne jest, aby sprawdzać odtwarzalność w trakcie całej procedury, zwłaszcza podczas eksperymentalnego badania oceny działania badania zanieczyszczenia krzyżowego. Testy oceny wydajności można rozszerzyć poprzez porównanie wyniku eksperymentu z modelowaniem układu komorowego za pomocą obliczeniowej dynamiki płynów.

development-nose-only-inhalation-toxicity-test-chamber-that-provides

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Zbudowano urządzenie do inhalacji aerozolu z nanocząsteczkami całego ciała do badań toksykologicznych nad inhalacją dwutlenku tytanu (TiO2). System ten zapewnia atmosfery testowe aerozolu nano-TiO2, które mają: 1) stałe stężenie masy; 2) jednorodny skład wolny od zanieczyszczeń; oraz 3) stabilny rozkład wielkości cząstek podczas wytwarzania aerozolu.

Narażenie na wdychanie aerozoli nanocząsteczkowych całego ciała

Ten protokół ma na celu zademonstrowanie metody ekspozycji kultur komórkowych na wdychane toksyczne chemikalia. Narażenie zróżnicowanych kultur granicy faz powietrze-ciecz (ALI) komórek nabłonka dróg oddechowych zapewnia unikalny model narażenia dróg oddechowych na toksyczne gazy, takie jak chlor. W niniejszej pracy opisano wpływ ekspozycji na chlor na hodowle komórek nabłonka i zanurzonych kultur kardiomiocytów na granicy faz powietrze-ciecz. Systemy ekspozycji in vitro umożliwiają...

Metody in vitro Model hodowli komórkowej do badań toksycznych substancji chemicznych wdychanych

Zaprojektowaliśmy i opracowaliśmy skuteczną konfigurację aerozolu nanoproszków oraz protokół działania. W ramach systemu wytworzone zostały aerozole nanocząsteczkowe o stabilnych stężeniach liczbowych i rozkładzie wielkości przez długi czas, wymagające jedynie niewielkich ilości badanego materiału (min. 200 mg).

System do tworzenia stabilnych aerozoli nanocząsteczkowych z nanoproszków

Uwalnianie nanocząstek jest testowane przy użyciu systemu komor, który zawiera licznik cząstek kondensacji, optyczny licznik cząstek i porty do pobierania próbek filtrów do analizy mikroskopowej. Proponowany system komór może być skutecznie wykorzystywany do testowania uwalniania nanomateriałów z powtarzalnym i spójnym zakresem danych.

Badanie uwalniania nanocząstek z kompozytu zawierającego nanomateriał za pomocą systemu komorowego

Opisana tutaj jednostka inhalacyjna może generować, pobierać próbki do charakterystyki i równomiernie deponować aerozol leku w płucach gryzoni. Umożliwia to przedkliniczne określenie skuteczności i bezpieczeństwa dawek leków zdeponowanych w płucach; kluczowe dane umożliwiające kliniczne opracowanie leków wziewnych.

Wdychanie suchego proszku i aerozoli w nebulizach farmaceutyków dostarczanych myszom przy użyciu systemu naświetlania tylko przez nos

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

Tutaj prezentujemy protokół do przeprowadzania przenośnych ekspozycji aerozoli komórkowych i mierzenia odpowiedzi komórkowej. W metodzie wykorzystuje się komórki hodowane na granicy faz powietrze-ciecz, naśladując fizjologię in vivo. Odpowiedź komórkową na aerozole z nanocząstek miedzi obserwowano jako stres oksydacyjny poprzez wytwarzanie reaktywnych form tlenu i cytotoksyczność jako uwalnianie dehydrogenazy mleczanowej.

Nowa przenośna kaseta do naświetlania in vitro do pobierania próbek aerozoli

Prezentujemy solidny, przenośny i predykcyjny system ekspozycji in vitro do badania i monitorowania cząstek unoszących się w powietrzu pod kątem ich ostrej cytotoksyczności płucnej poprzez eksponowanie hodowanych ludzkich komórek płuc na granicy powietrze-ciecz (ALI).

Ocena ostrej toksyczności inhalacyjnej cząstek unoszących się w powietrzu poprzez wystawienie hodowanych ludzkich komórek płuc na granicy faz powietrze-ciecz

Opisana jest metoda hodowli komórkowej i ekspozycji modelu oskrzelowego in vitro dla realistycznej, powtarzającej się ekspozycji inhalacyjnej na cząstki do testów toksyczności.

Model nabłonka oskrzeli na granicy faz powietrze-ciecz do realistycznego, powtarzającego się narażenia inhalacyjnego na cząstki unoszące się w powietrzu do testów toksyczności

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

Poznaj metodę badania toksyczności inhalacyjnej zgodną z wytycznymi OECD, wykorzystującą komorę do czterech stężeń jednocześnie. Protokół zapewnia jednorodność pola przepływu i minimalizuje zanieczyszczenie międzypróbkowe.

Opracowanie komory do badania toksyczności inhalacyjnej tylko przez nos, która zapewnia cztery stężenia ekspozycji na nanocząstki (Wideo) | JoVE Journal

Opracowanie komory do badania toksyczności inhalacyjnej tylko przez nos, która zapewnia cztery stężenia ekspozycji na nanocząstki

Przeglądaj więcej filmów