Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Bioengineering

En Microcontroller drives enhet for generering av flytende ekstrakter fra konvensjonelle sigarett røyk og elektronisk sigarett Aerosol

doi: 10.3791/56709 Published: January 18, 2018

Summary

Her beskriver vi en programmerbar laboratorium enhet som kan brukes til å opprette ekstrakter av konvensjonelle sigarett røyk og elektronisk sigarett aerosol. Denne metoden gir et nyttig verktøy for å lage sammenlikninger mellom tradisjonell sigaretter og elektroniske sigaretter, og er en tilgjengelig inngangspunkt til elektronisk sigarett forskning.

Abstract

Elektroniske sigaretter er det mest populære produktet blant midten og høye schoolers og det mest populære alternative produktet blant voksne. Høy kvalitet, reproduserbar oppslag på konsekvensene av elektronisk sigarett bruk er viktig for forståelse nye helse bekymringer og laging bevis basert regulerende politikk. Mens et økende antall artikler diskutere elektroniske sigaretter, er det litt konsistens i metoder på tvers av grupper og lite konsensus om resultatene. Her beskriver vi en programmerbar laboratorium enhet som kan brukes til å opprette ekstrakter av konvensjonelle sigarett røyk og elektronisk sigarett aerosol. Denne protokollen detaljer instruksjoner for montering og drift av sa enheten, og demonstrerer bruken av genererte ekstrakt i to eksempelprogrammer: en i vitro celle levedyktighet analysen og gass-Ture massespektrometri. Denne metoden gir et verktøy for å lage sammenlikninger mellom tradisjonell sigaretter og elektroniske sigaretter, og er en tilgjengelig inngangspunkt til elektronisk sigarett forskning.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Til tross for en konsentrert innsats av helseorganisasjoner er tobakk produktbruk den ledende årsaken til forebygges død over hele verden, med fleste av disse dødsfallene tilskrives sigarett røyking1. Siden inn i markedet i 2003, har elektroniske sigaretter vært økende i popularitet blant tobakk produkt. Elektroniske sigaretter er for tiden den mest populære alternativet til vanlige sigaretter blant amerikanske voksne (~ 5%)2 og de mest populære nikotin leveringssystemet blant midten (~ 5,3%) og høy schoolers (~ 16%)3. Hvis dagens tendenser fortsetter, kan elektroniske sigaretter forventes å erstatte konvensjonelle sigaretter for fremtidige generasjoner. Helsekonsekvensene av elektronisk sigarett bruk beholdes imidlertid uklart.

Forskning på elektroniske sigaretter ble ikke startet for alvor til elektronisk sigarett popularitet økte raskt i 20133,4. Siden den gangen har har en rekke forskjellige modeller vært ansatt å ta opp spørsmålet om giftigheten. Men resultatene av mange studier er i konflikt, og mens det synes at elektroniske sigaretter er generelt mindre toksiske enn konvensjonelle sigaretter det er ingen gjeldende konsensus på helsekonsekvensene av elektroniske sigaretten bruker5, 6 , 7. vår tidligere forskning indikerer at elektroniske sigaretter er betydelig mindre giftig for vaskulære endotelet enn konvensjonelle sigaretter, til tross for deres evne til å føre DNA skade og induksjon av oksidativt stress og celle død8 . Men er mer forskning nødvendig før vi kan trekke bastante konklusjoner om helsemessige konsekvenser av elektroniske sigaretten.

Som vanlige sigaretter er en ledende årsak til forebygges karsykdom9, det er en økende interesse i vaskulær helserisiko for elektronisk sigarett Bruk10,11,12. For å studere effekten av elektroniske sigaretter på vaskulære system, utviklet vår lab microcontroller drives røyking/vaping enheten (figur 1)8. Denne enheten er i stand til å generere flytende ekstrakter av enten konvensjonelle sigarett røyk eller elektronisk sigarett aerosol i vandig eller organiske løsemidler. Som luftstrømmen er kontrollert av en kombinasjon av en Regulerbar air flow regulator og PBASIC timing program, kan enheten brukes til å generere utdrag noen antall brukerdefinerte protokoller. Her vi detalj til montering og drift av enheten samt to bruksmuligheter: i vitro celle levedyktighet vurdering og gass-Ture massespektrometri.

Figure 1
Figur 1: røyking/Vaping enheten. Skjematisk for fysisk montering av røyking/vaping enheten i både sigarett/sigarett som elektronisk sigarett (e-cig) konfigurasjon (A) og tank elektronisk sigarett konfigurasjonen (B). Komponenten nøkkel: 1) innånding havnen. 2) primære samling impinger; 3) overflyt impinger; 4) Buchner kolbe vakuum felle; 5) normalt åpen magnetventil; 6) BS1 microcontroller; 7) luft flyt regulator; 8) 510 gjenget elektronisk sigarett tank base. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. montering av enheten

  1. Sikre en 100 mL Buchner kolbe (figur 1, #4) til en stål ring stå og lage et vakuum overtrykk ved å fylle den med 50 g av veisalt å tjene som en tørkemiddel. Forsegle flasken en gummipropp gjennom hull, bryte disables krysset med parafin film og kjøre en pipette gjennom hullet.
  2. Bruker vinyl slangen, koble pipette strekker seg fra stopperen på en t-kryss slangen kobling.
  3. Bruke vinyl slangen, koble to impinger (figur 1, #2 og #3) til hverandre og koble til produksjon av andre impinger til t-kryss slangen kontakten.
  4. Bruker vinyl slangen, koble inn porten første impinger å tjene som en innånding port (figur 1, #1).
  5. Bruke vinyl slangen, koble side arm Buchner kolbe til input-porten på en luftstrøm regulator (figur 1, #7) og Avslutt havnen i luftstrømmen regulator til en vakuumpumpe.
  6. Samle krets i henhold til skjemaet i figur 2A.
  7. Sende PBASIC programmet SVL.bs1 (figur 2B, også tilgjengelig på https://github.com/ChastainAnderson/SVL) til BS1 microcontroller (figur 1, #6) gjennom en seriell adapter og produsentens programvare.
  8. Sted i 510 gjengede base (figur 1 #8) i ring stå klemme.
  9. Bruker vinyl slangen, koble magnetventil (figur 1, #5) til gratis slutten på t-kryss slangen koblingen.
    Merk: Enheten skal være fullført og klar til bruk, sjekk alle ledd å sørge for at de er lufttett og bruke slangeklemmer og vakuum fett etter behov.

Figure 2
Figur 2: elektrisk skjematisk og PBASIC koden. Figur 2A viser den elektriske skjematisk for montering av den elektriske kretsen må aktivere begge normalt åpen magnetventil og oppvarming spolen knappen aktivert elektroniske sigaretter (gjennom 510 gjenger elektronisk sigarett tank base). Elektrisk parameterne for oppvarming spolen (P: makt; R: motstand; og I: gjeldende) er anslått og empirisk må verifiseres med et multimeter innlegget montering. Figur 2B viser PBASIC timing programmet for å kontrollere krets i figur 2A (også tilgjengelig på https://github.com/ChastainAnderson/SVL). Timing konstantene SVT & IPT (#5 & #6) er i enheter av ms og er satt til å gi en aktivisering tid 2 sekunder og en nedetid av 28 s. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

2. prøve lagring og tilberedning

  1. Lagre alle uåpnet konvensjonelle og elektronisk sigarett prøver i mørket i lufttette plast poser ved romtemperatur.
  2. Når åpnet, lagre prøver i lufttette plast poser på 4 ºC, med et papirhåndkle til å absorbere fuktighet.
  3. Pre equilibrate alle prøvene i en romtemperatur hygrolatoren på ~ 60% fukt i minst 30 minutter før å bruke.

3. generelle driften av sigarett røyk/elektronisk sigarett Aerosol utvinning apparat

  1. Bestemme masse hver e-sigarett cartomizer/tank pre-vaping bruker en analytical balanse. Forskjellen i pre/post post vaping vekt brukes til å bestemme riktig dosering.
    Merk: 3R4F referanse sigaretter antas for å inneholde 0,7 mg av nikotin og nikotin innholdet av kommersielle sigaretter kan bestemmes av konvensjonelle analytiske metoder13.
  2. For eksempelprogram 1, fyll tanken av primære impinger med 4,3 mL endothelial celle kultur medium. For eksempelprogram 2, fyll tanken med 5 mL aceton.
  3. Prep elektronisk sigarett eller konvensjonelle sigarett for utvinning:
    1. Hvis bruker en vanlig sigarett, gjelder et stykke av klart bånd rundt filteret og sette et lett synlig merke der sigarett papiret blir filteret.
    2. Hvis bruker en sigarett som e-sigaretten, må batteriet lades godt og cartomizer tett skrudd til batteriet.
    3. Hvis bruker en elektronisk sigarett tank, kontroller at et riktig volum av elektroniske sigaretten lastes i tanken og skru tanken på 510 gjengede bunnen.
  4. Stikk den konvensjonelle eller elektroniske sigaretten til inhalasjon-port (figur 1, #1) og fest med en slange klemme.
  5. Aktivere vakuumpumpe.
  6. Justere strømningsmåler å trekke 1.65 L/minutt for å sikre en 55 mL puff to sekunder.
  7. Slå på microcontroller. Hvis bruker en vanlig sigarett, lys sigarett på første puff.
  8. Kjør til anslått ønsket konsentrasjon (i deler per million eller % vekt/volum) er oppnådd.
  9. Bestemme masse hver e-sigarett cartomizer/tank etter fordamping bruker en analytical balanse. Sammenlign dette målet til målingen tatt i trinn 3.1 å bestemme totalen masse forbrukes. Beregn konsentrasjonen av brukte masse/volumet av løsemidler. Bruk molar konsentrasjonen av brukte nikotin normalisere mellom produkter.
    1. Hvis en utilstrekkelig massen ble brukt, returnere den elektroniske sigaretten til enheten og konsumere mer.
    2. Hvis en tilstrekkelig eller overflødig masse forbrukt, Fortsett.

4. filtrering og lagring

  1. Hvis ekstrakt som skal brukes for cellekultur, filtrere gjennom filtere 0.22 µm PES sprøyten.
  2. Bruke ekstrakter umiddelbart eller lagrer på-80 ºC. Som en del av forberedelsene til Anderson, et al. 8, elektronisk sigarett aerosol ble vist for å være stabil i minst to uker, og stabiliteten i røyk i opptil to år er opprettet av kjeltringer, et al. 13.

5. rengjøring enheten

  1. Etter hver utvinning, skyll slangen og reservoarer av enheten med 70% etanol og deionisert vann å hindre bære over mellom eksempler.
  2. Følgende skylling, kort Kjør tomt slik at luftstrømmen å hjelpe tørking av linjene.

6. prøve programmet 1: Nøytral rød celle levedyktighet opptaksanalyse

  1. Utføre ekstrakt som ovenfor i 4,3 mL av endothelial celle vekst medium.
  2. En dag tidligere, frø menneskelige umbilical blodåre endotelceller i 96 bra plater på en tetthet på 1 x 104 celler/wellin 100 µL av endothelial celle vekst medium.
  3. Behandle cellene ved å erstatte den gamle endothelial celle kultur mediet med enten 100 µL av fersk endothelial celle kultur medium som en kontroll eller 75 µL av endothelial celle vekst medium blandet med 25 µL av en 2 mM fortært nikotin konsentrasjon ekstrakt (1,4 mg forbrukes nikotin i 4,3 mL endothelial celle vekst medium) for en siste konsentrasjon av 500 µM som behandling.
  4. Som mange av komponentene i begge sigarett røyk og elektronisk sigarett aerosol er flyktige, bruk en folie segl for å holde brønnene lufttett.
  5. Inkuber platen 18 – 24 h 37 ° C og 5% CO2.
  6. Forbered nøytral rød flekk løsning:
    1. Opprette en 100 x nøytral rød lagerløsning ved oppløsning 33 mg med nøytral rød farge i 10 mL av salt bufferløsning.
    2. Kort tid før bruk fortynne 100 x lager løsning 1: 100 i celle kultur medium opprette 1 x nøytral rød flekk løsning.
    3. Inkuber nøytral rød flekk løsning på 37 ° C i minst 30 min før bruk og bruk umiddelbart.
      Merk: Det er normalt for noen krystaller til å fremkalle under inkubasjon. Forsiktighet bør utvises for å unngå å bruke disse krystallene celle kultur fordelt. Hvis nødvendig, kan en.22 µm filteret brukes til å filtrere nøytral rød lager og flekker løsninger.
  7. Fjern ekstrakt og legge 100 µL nøytral rød flekk løsning per Vel, bruk overflødig å opprette minst tre tomme brønner for riktig kvantifisering.
  8. Inkuber platen på 2-4 h 37 ° C og 5% CO2.
  9. Fjerne nøytral rød flekk løsning og vask 3 x ved neddykking i PBS.
  10. Bruke nøytral rød de flekk løsning (50% vaskebuffer vann, 49% etanol, 1% eddiksyre).
  11. Inkuber minst 10 min ved romtemperatur med risting.
  12. Lese absorbans ved 540 nm.
  13. Analysere data ved å trekke ut gjennomsnittsverdien av Tom og normalisere til gjennomsnittet av Tom justert godt kontrollverdien.

7. eksempelprogram 2: gass kromatografi massespektrometri

  1. Utføre utvinning som ovenfor i 5 mL av aceton.
  2. Kjør for å oppnå en siste konsentrasjon av ~ 100 deler per million (vekt av e-væske brukes/volumet av aceton) av prøve.
  3. Bruker en presisjon glass sprøyte, injisere 1 µL i injektoren av GC-MS enhet. Sprøyte på 250 ° C med en 1:20 delt forholdet i en kombinert gasskromatograf/quadrupole spectrometer systemet utstyrt med en ZB-5-kolonnen med følgende ovnen protokollen: 1 min 50 ° c; rampen 10 ° C/min til 140 ° C; rampen 20 ° C/min 300 ° c og hold i 10 min.
  4. Samsvarer med resulterende masse spectra til målbibliotek å identifisere aerosol komponenter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Innen 24 timer etter eksponering for menneskelig umbilical blodåre endotelceller konvensjonelle sigarettrøyk ekstrakt (CSE) eller elektronisk sigarett aerosol ekstrakt (EAE), det er en betydelig (kontroll vs CSE P < 0,001; kontroll vs EAE P < 0.01; n = 6) reduksjon i cellen levedyktighet (figur 3A). Ekstrakter ble generert med en puffing profil av 2, to andre, 55 mL puffs per minutt og normalisert basert på molar konsentrasjon av nikotin fortært av enheten. Eksponering for 500 µM fortært nikotin ekvivalenter av CSE reduserer dramatisk levedyktige cellers 11.06 ± 0.28% av kontroll, og eksponering for 500 µM fortært nikotin ekvivalenter av EAE reduserer levedyktige cellers 86.65 ± 4.60% av kontroll.

Figur 3B demonstrerer volatilitet basert separasjon av elektroniske sigaretten komponenter fra en kommersiell elektronisk sigarett av gass kromatografi. Komponentene ble deretter identifisert via quadrupole massespektrometri. Identifiserte komponenter, for volatilitet, inkluderer: propylenglykol, acetyl propionyl, chlorobutanol, glyserol, nikotin og 3-nitropthalic acid. Disse bare propylenglykol, glyserol og nikotin ble avslørt på produktet etiketten1.

Figure 3
Figur 3: eksempel programmer: levedyktighet og GC-MS. Figur 3A viser resultatene av en nøytral rød opptaksanalyse utføres på menneskelig umbilical blodåre endotelceller utsatt for 500 µM fortært nikotin ekvivalenter av enten konvensjonelle sigarettrøyk fra en 3R4F forskning referanse sigarett (CSE) eller elektronisk sigarett aerosol fra en kommersielt tilgjengelig elektronisk sigarett (EAE). Barer er bety +/-standardavvik. Betydning etter to tailed, unpaired, t-test og resultatene indikerte med stjerner: ** P < 0.01; P < 0,001; n = 6. Figur 3B viser resultatene av en gasskromatograf av elektronisk sigarett aerosol solubilized i aceton. Toppene representerer personlige forbindelser bestilt av tiden (volatilitet) og ble identifisert ved quadrupole massespektrometri. 1) propylenglykol; 2) acetyl propionyl; 3) chlorobutanol; 4) glyserol; 5) nikotin; 6) 3-nitropthalic acid. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

De viktigste elementene i denne protokollen er enheten er rent i starten og fullføre hver utvinning, og sikrer at alle sel vedlikeholdes slik at luftstrømmen forblir konsekvent. Hvis enheten ikke er riktig renset, er det en risiko for bære over mellom eksempler. I tillegg, hvis enheten forlates urent for lengre tid kondensert aerosol og tørket kan løsemiddel blokkere systemet. Merk at det er vanlig for det for å være et trykkfall når puffing en tradisjonell sigarett og luftstrømmen måleren skal justeres for å gi ønsket luftstrømmen under puff, ikke når enheten trekker romluften. Et særtrekk ved denne metoden er muligheten til å tilpasses for å holde tritt med utvikling av elektroniske sigaretten teknologi. For eksempel krever mange elektroniske sigaretter knappen trykk aktivering av oppvarming spolen. Denne enheten har direkte oppvarming spolen i kontroll kretsen (figur 2A) etterligne et knappetrykk bruker programmert mellomrom. Primære begrensningene for denne metoden oppstår fra mangel på vel preget standard operasjonsprosedyrer for elektronisk sigarett bruk. Mens vi kan bruke en forskning referanse sigarett14 og internasjonale protokoller15,16 for konvensjonelle sigaretter, vi tilpasser bare disse metodene til elektroniske sigaretter og kan ikke garantere at det riktig modeller elektronisk sigarett brukeratferd. I tillegg gir denne protokollen ekstrakt i en flytende medium. Selv om dette er riktig kan for enkelte celletyper, for eksempel endotelceller, andre celletyper, for eksempel luftveiene celler, bedre studeres gjennom direkte eksponering til elektronisk sigarett aerosol.

Innholdet i denne enheten kan det oppdateres som nye standard operasjonsprosedyrer er utviklet. Flere poeng for modifisering presentere seg selv som kan tillate enheten å være skreddersydd for konkrete spørsmål. Nyere elektroniske sigaretter omfatter en høyere rekke watt enn tidligere modeller av elektroniske sigaretter17. I den skjematiske presentert i figur 2A, kan både Motstandsverdien oppvarming spolen og oppvarming spolen selv byttes for komponenter med forskjellig motstand verdier (eller selv variabelt motstand) å modulere siste strømforbruket til aerosolize elektronisk sigarett væsken. Siste teoretisk makt i atomizer kan beregnes med konvensjonelle formlene:

Equation 1ellerEquation 2
hvor P: makt; V: spenning; R: motstand; og I: gjeldende.

Det er ingen bredt aksepterte internasjonale standard prosedyre for elektronisk sigarett bruk ulike grupper kan ønske å benytte ulike parametere og puffing profiler. En felles elektronisk sigarett standard er CORESTA CRM8118, men noen grupper fortsetter å bruke endrede versjoner av konvensjonelle sigarett røyking protokoller som ISO 3088:201215 og som TobLabNet SOP 116. I tillegg fortsette mange laboratorier å bruke laboratorium og/eller institusjon bestemt regimer. I dette tilfellet ansatt vi en firkantbølge puff profil bestående av 2, to andre, 55 mL puffs i minuttet. Den modulære, programmerbare naturen enheten kan imidlertid det må tilpasses andre puffing profiler etter behov. Puff volumet kan endres direkte ved å justere gjennomstrømningsmåler luft. Puff tid og oppvarming coil aktivisering tid kan endres ved å endre SVT og IPT konstantene i programmet SVL.bs1 (figur 2B, #5 & #6). Hvis man skulle vil de synkronisere puffing tiden og aktiviseringen tid, kan dette gjøres ved å dele SVT og IPT konstanter, f.eks SVT1 som representerer tiden mellom aktivering av oppvarming krets og ventil krets, SVT2 representere tiden mellom aktivering av ventilen krets og inaktivering av oppvarming krets og SVT3 representerer tiden mellom inaktivering av oppvarming krets og inaktivering av ventilen krets, og likeledes for IPT. Mens 510 gjengede basen er vanlig i mange tank elektroniske sigaretter, er det ikke universell. En annerledes gjengede base kan erstattes hvis brukeren krever. Hvis en firkantbølge profil ikke er ønskelig, erstatte enten luft gjennomstrømningsmåler eller magnetventil med en kontinuerlig programable komponent å omforme bølge profilen.

Som elektroniske sigaretten forskning pågår, tilgjengelighet og tilgjengelighet av elektronisk sigarett fortsatt røyking enheter et hinder. Sigarett røyking maskinene har vært en integrert del av tobakk produktforskning så tidlig som 1843, og i dag finnes det en rekke kommersielt tilgjengelige røyking maskiner for konvensjonelle sigaretter19,20. Det er flere etablert standard operasjonsprosedyrer for konvensjonelle sigarett røyking21. Mange konvensjonelle sigarett røyking enheter bevist stand til nøyaktig røyking elektroniske sigaretter på grunn av design forskjeller mellom konvensjonelle og elektroniske sigaretter og forskjeller innenfor elektronisk sigarettmerker og modeller, eksempel: diameter, PSI krav og sensor eller knappen basert aktivisering17. For tiden er det en heterogene kommersielle feltet elektronisk sigarett røyking maskiner som inkluderer enheter, inkludert enheter som er utformet for direkte aerosol utvinning samt luft flytende grensesnitt eksponering (for eksempel Borgwalt22 og Vitrocell 22,23). Til tross for at kommersielle alternativer fortsette mange grupper, å bruke enhetene fabrikkert i egne laboratorium for aerosol utvinning 10,11,12,24, 25 , 26. motivasjonene for dette er varierte. I noen tilfeller søker forskere å bedre modell menneskelig atferd10. Andre prøver å opprettholde kontinuitet med tidligere publiserte studier av sigarettrøyk12. Fortsatt sitere andre direkte veddemålsplasseringer av kommersielle alternativer som motivasjon for laboratoriet fabrikasjon24. Disse enhetene ta mange former, og i mange tilfeller bruke laboratorium bestemte protokoller. Dessverre er mekanismer, effekt, og egenskapene for disse enhetene og protokoller ofte underrapportert.

Først av to eksempelprogrammer presentert ovenfor (figur 3A) viser effekten av konvensjonelle sigarett røyk og elektronisk sigarett aerosol på endothelial celle levedyktighet. Som vanlig sigarettrøyk har vist seg for å forårsake endothelial celle død og dysfunksjon9, er det rimelig for å hypothesize at elektroniske sigaretten aerosol ville har en lignende effekt. For å teste dette, utsatt vi menneskelige umbilical blodåre endotelceller til nikotin tilsvarende nivåer av konvensjonelle sigarettrøyk ekstrakt eller elektronisk sigarett aerosol trekke for 24 timer. Mens både konvensjonell sigarett røyk og elektronisk sigarett aerosol forårsake statistisk betydelige reduksjoner i cellen levedyktighet, effekt elektronisk sigarett aerosol indusert reduksjon er ~ 13%, mens reduksjon etter konvensjonelle sigarettrøyk eksponering nærmer 90%. Dette støtter ideen om at elektroniske sigaretter er mindre skadelig for vaskulære system enn konvensjonelle sigaretter, er de fortsatt ikke sikker. Andre av to eksempelprogrammer presentert ovenfor (figur 3B) viser at elektroniske sigaretten aerosol pakkes inn organisk løsemiddel kan deles inn i komponentene og analyseres via massespektrometri. Komponentoversikten generert gir informasjon om nøyaktigheten av merking i elektronisk sigarett produkter og uthever visse skadelige komponenter som acetyl propionyl (2,3-pentanedione)27. Mens komponentene i dette eksperimentet ikke var kvantifisert, kan kvantifisering utføres av konvensjonelle analytiske teknikker som presenteres i CORESTA CRM8428.

Her har vi presentert en programmerbar laboratorium enhet generere flytende ekstrakt fra konvensjonelle sigarett røyk eller elektronisk sigarett aerosoler. Denne enheten kan romme et variert utvalg av produktdesign (for eksempel de ledende kommersielle merkevarer av elektroniske sigaretten) og utpakkingen kan tilpasses brukeren spesifikasjoner. I dette bestemte tilfelle, har vi vist bruk av genererte ekstrakt i endothelial celle levedyktighet analysen; Imidlertid kan ekstrakter generert av denne enheten brukes til alle typer enkelt celle befolkningen som co kultur, explant eller andre i vitro modellen. Disse utdragene er kompatibel med et stort antall brukte biologiske metoder inkludert reaktive oksygen arter gjenkjenning, celle spredning analyser og konvensjonelle immuno flekker. Videre gir muligheten til å bryte ned sammensetningen av elektronisk sigarett pakke via gass-Ture massespektrometri utgangspunkt for detaljerte studier av personlige aerosol komponenter. Samlet lar denne enheten tilgjengelig elektronisk sigarett forskning.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Tobakk produkt regulatoriske vitenskap forskning Fellowship-programmet administreres av Tulane University er finansiert av Altria klient Services Regulatory Affairs.

Acknowledgments

Forfatterne bekrefter hjelp av Dr. Robert Dotson Tulane University avdeling av cellen og molekylærbiologi hans hjelp med redigering manuskriptet og Dr. James Bollinger av Tulane University Institutt for kjemi for hans hjelp med massespektrometri protokollen design. Forfatterne videre erkjenner Tulane University avdeling av cellen og molekylærbiologi og Tulane University Institutt for kjemi for deres støtte og bruk av plass og utstyr. Dette arbeidet ble støttet av et tobakk produkt regulatoriske vitenskap forskning fellesskap å C. Anderson fra Tulane University School of Science og Engineering.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
12 V AC/DC Wall Mount Adaptor Digi-Key T1099-P5P-ND
2.2 Ohm Resistors Digi-Key A105635-ND Used in tandem to generate the 4.4 Ohm resistance in Figure 2A
330 Ohm Resistors Digi-Key 330QBK-ND
510 Threaded Base NJoy N/A Recovered by dismantalling a second generation NJoy electronic cigarette
Acetic Acid, Glacial Sigma-Aldritch A6283
Acetone (Chromatography Grade) Sigma-Aldritch 34850
Basic Stamp Project Board Digi-Key 27112-ND This board contains the BS1 Microcontroller, serial adaptor, power switch, and a barrel pin connector for the AC/DC Wall Mount Adaptor
Basic Stamp USB to Serial Adapter Digi-Key 28030-ND An optional component to allow the BS1 serial adaptor to communicate through USB
Buchner Flask (Vacuum Flask) 250 mL VWR 10545-854
Clear Tape 3M S-9783
Clear Vinyl Tubing, 3/8" ID Watts 443064
EGM-2 Endothelial Cell Culture Medium Lonza CC-3162
Ethanol Pharmco-Aaper 111000200
Flow Regulator Dwyer VFA-23-BV
Gas Chromatograph Varian 450-GC
Glass Syringe, 10 mL Sigma-Aldritch Z314552
Glass Syringe, 10 µL Hamilton 80300
High Vacuum Silicon Grease Dow Corning 146355D
Hose Clamp Precision Brand 35125
Human Umbilical Vein Endothelial Cells ATCC PCS-100-013 
Mass Spectrometer Varian 300-MS
Midget Impinger Chemglass CG-1820-01
Neutral Red Sigma-Aldritch N4638
Paraffin Film 3M PM-992
Plate Seal Roller BioRad MSR0001
Plate Seal; Foil Thermo 276014
Ring Stand 20" American Educational Products 7-G15-A
Solenoid Valve (normally open) US Solid USS2-00081
Solid State Relay Digi-Key CLA279-ND
Stand Clamp Eisco CH0688
Syringe Filter, PES, 0.22 um Millipore SLGP033RS
Syringe, 10 mL BD Syringe 309604
Through Hole Stopper, Size 6 VWR 59581-287
Vacuum Pump KNF Neuberger N86KTP

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. World Health Organization. WHO Report on the Global Tobacco Epidemic, 2011. Italy. (2011).
  2. Weaver, S. R., Majeed, B. A., Pechacek, T. F., Nyman, A. L., Gregory, K. R., Eriksen, M. P. Use of electronic nicotine delivery systems and other tobacco products among USA adults, 2014: results from a national survey. Int. J. Public Health. 61, (2), 177-188 (2016).
  3. Singh, T., et al. Tobacco Use Among Middle and High School Students - United States, 2011–2015. MMWR Morb. Mortal. Wkly. Rep. 65, (14), 361-367 (2016).
  4. Corey, C. G., Ambrose, B. K., Apelberg, B. J., King, B. A. Flavored Tobacco Product Use Among Middle and High School Students--United States, 2014. MMWR Morb. Mortal. Wkly. Rep. 64, (38), 1066-1070 (2015).
  5. Pisinger, C., Døssing, M. A systematic review of health effects of electronic cigarettes. Prev. Med. 69, 248-260 (2014).
  6. Callahan-Lyon, P. Electronic cigarettes: human health effects. Tob. Control. 23, (Suppl 2), ii36-ii40 (2014).
  7. Dinakar, C., O'Connor, G. T. The Health Effects of Electronic Cigarettes. N. Engl. J. Med. 375, (14), 1372-1381 (2016).
  8. Anderson, C., Majeste, A., Hanus, J., Wang, S. E-cigarette aerosol exposure induces reactive oxygen species, DNA damage, and cell death in vascular endothelial cells. Toxicol. Sci. Off. J. Soc. Toxicol. (2016).
  9. U.S. Department of Health and Human Services. The Health Consequences of Smoking: 50 Years of Progress. A Report of the Surgeon General. Atlanta, GA. U.S. Department of Health and Human Services, Centers for Disease Control and Prevention, National Center for Chronic Disease Prevention and Health Promotion, Office on Smoking and Health (2014).
  10. Farsalinos, K., et al. Comparison of the Cytotoxic Potential of Cigarette Smoke and Electronic Cigarette Vapour Extract on Cultured Myocardial Cells. Int. J. Environ. Res. Public. Health. 10, (10), 5146-5162 (2013).
  11. Schweitzer, K. S., et al. Endothelial disruptive proinflammatory effects of nicotine and e-cigarette vapor exposures. Am. J. Physiol. - Lung Cell. Mol. Physiol. 309, (2), L175-L187 (2015).
  12. Putzhammer, R., et al. Vapours of US and EU Market Leader Electronic Cigarette Brands and Liquids Are Cytotoxic for Human Vascular Endothelial Cells. PLOS ONE. 11, (6), e0157337 (2016).
  13. Crooks, I., Dillon, D. M., Scott, J. K., Ballantyne, M., Meredith, C. The effect of long term storage on tobacco smoke particulate matter in in vitro genotoxicity and cytotoxicity assays. Regul. Toxicol. Pharmacol. 65, (2), 196-200 (2013).
  14. Roemer, E., et al. Mainstream Smoke Chemistry and in Vitro and In Vivo Toxicity of the Reference Cigarettes 3R4F and 2R4F. Beitr. Zur Tab. Contrib. Tob. Res. 25, (1), (2014).
  15. International Organization for Standards. ISO 3088:2012 Routine analytical cigarette smoking machine – Definitions and standard conditions. (2012).
  16. World Health Organization. Standard Operating Procedure for Intense Smoking of Cigarettes. (2012).
  17. Brown, C. J., Cheng, J. M. Electronic cigarettes: product characterisation and design considerations. Tob. Control. 23, (Suppl 2), ii4-ii10 (2014).
  18. Cooperation Centre for Scientific Research Relative to Tobacco. CRM No. 81 - Routine Analytical Machine for E-Cigarette Aerosol Generation and Collection - Definitions and Standard Conditions. (2015).
  19. Thorne, D., Adamson, J. A review of in vitro cigarette smoke exposure systems. Exp. Toxicol. Pathol. 65, (7-8), 1183-1193 (2013).
  20. Klus, H., Boenke-Nimphius, B., Müller, L. Cigarette Mainstream Smoke: The Evolution of Methods and Devices for Generation, Exposure and Collection. Beitr. Zur Tab. Contrib. Tob. Res. 27, (4), (2016).
  21. Baker, R. The Development and Significance of Standards for Smoking-Machine Methodology. Beitr. Zur Tab. Contrib. Tob. Res. 20, (1), (2014).
  22. Thorne, D., Crooks, I., Hollings, M., Seymour, A., Meredith, C., Gaca, M. The mutagenic assessment of an electronic-cigarette and reference cigarette smoke using the Ames assay in strains TA98 and TA100. Mutat. Res. Toxicol. Environ. Mutagen. 812, 29-38 (2016).
  23. Thorne, D., Larard, S., Baxter, A., Meredith, C., Gaҫa, M. The comparative in vitro assessment of e-cigarette and cigarette smoke aerosols using the γH2AX assay and applied dose measurements. Toxicol. Lett. 265, 170-178 (2017).
  24. Herrington, J. S., Myers, C. Electronic cigarette solutions and resultant aerosol profiles. J. Chromatogr. A. 1418, 192-199 (2015).
  25. Yu, V., et al. Electronic cigarettes induce DNA strand breaks and cell death independently of nicotine in cell lines. Oral Oncol. 52, 58-65 (2016).
  26. Ji, E. H., et al. Characterization of Electronic Cigarette Aerosol and Its Induction of Oxidative Stress Response in Oral Keratinocytes. PLOS ONE. 11, (5), e0154447 (2016).
  27. Morgan, D. L., et al. Chemical Reactivity and Respiratory Toxicity of the -Diketone Flavoring Agents: 2,3-Butanedione, 2,3-Pentanedione, and 2,3-Hexanedione. Toxicol. Pathol. 44, (5), 763-783 (2016).
  28. Cooperation Centre for Scientific Research Relative to Tobacco. CRM No. 84 - Determination of Glycerin, Propylene Glycol, Water, and Nicotine in the Aerosol of E-Cigarettes by Gas Chromatographic Analysis. (2017).
En Microcontroller drives enhet for generering av flytende ekstrakter fra konvensjonelle sigarett røyk og elektronisk sigarett Aerosol
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Anderson, C. A., Bokota, R. E., Majeste, A. E., Murfee, W. L., Wang, S. A Microcontroller Operated Device for the Generation of Liquid Extracts from Conventional Cigarette Smoke and Electronic Cigarette Aerosol. J. Vis. Exp. (131), e56709, doi:10.3791/56709 (2018).More

Anderson, C. A., Bokota, R. E., Majeste, A. E., Murfee, W. L., Wang, S. A Microcontroller Operated Device for the Generation of Liquid Extracts from Conventional Cigarette Smoke and Electronic Cigarette Aerosol. J. Vis. Exp. (131), e56709, doi:10.3791/56709 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter