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Bioengineering

Un microcontrôleur exploité le dispositif pour la génération d’extraits liquides d’aérosol de Cigarette fumée et électronique de Cigarette classique

doi: 10.3791/56709 Published: January 18, 2018

Summary

Nous décrivons ici un appareil de laboratoire programmable qui peut être utilisé pour créer des extraits de l’aérosol de cigarette électronique et de fumée de cigarette classique. Cette méthode fournit un outil utile pour faire des comparaisons directes entre les cigarettes classiques et les cigarettes électroniques et est un point d’entrée accessible à la recherche de la cigarette électronique.

Abstract

Les cigarettes électroniques sont le produit de tabac le plus populaire parmi les cadres intermédiaires et les lycéens et produit de tabac alternatif le plus populaire chez les adultes. Haute qualité, recherche reproductible sur les conséquences de l’utilisation de la cigarette électronique est essentielle pour la compréhension émergeant des préoccupations de santé publique et élaboration de preuves la base politique de réglementation. Alors qu’un nombre croissant de documents de discuter les cigarettes électroniques, il est peu de cohérence dans les méthodes des groupes et très peu de consensus sur les résultats. Nous décrivons ici un appareil de laboratoire programmable qui peut être utilisé pour créer des extraits de l’aérosol de cigarette électronique et de fumée de cigarette classique. Ce protocole détaille les instructions pour l’assemblage et le fonctionnement du dispositif de ladite et illustre l’utilisation de l’extrait généré dans deux exemples d’applications : un in vitro l’analyse de viabilité de cellules et la chromatographie en phase gazeuse spectrométrie de masse. Cette méthode fournit un outil pour faire des comparaisons directes entre les cigarettes classiques et les cigarettes électroniques et est un point d’entrée accessible à la recherche de la cigarette électronique.

Introduction

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Malgré un effort concentré par les organisations de santé, utilisation de produits de tabac reste la principale cause de décès évitables dans le monde entier, avec la majorité de ces décès dus à la cigarette fumer1. Depuis son entrée dans le marché en 2003, les cigarettes électroniques ont augmenté en popularité auprès des utilisateurs des produits du tabac. Actuellement, les cigarettes électroniques sont l’alternative plus populaire aux cigarettes classiques chez les adultes américains (environ 5 %)2 et le système de livraison de la nicotine plus populaire parmi les moyen (~ 5,3 %) et les lycéens (~ 16 %)3. Si les tendances actuelles se poursuivent, les cigarettes électroniques est censés remplacer les cigarettes classiques pour les générations futures. Toutefois, les conséquences sanitaires de l’utilisation de la cigarette électronique demeurent incertains.

Recherche sur les cigarettes électroniques n’a pas commencé dans sérieux, jusqu'à ce que la popularité de la cigarette électronique a augmenté rapidement en 20133,4. Depuis ce temps, un certain nombre de modèles différents ont été employé pour examiner la question de leur toxicité. Toutefois, les résultats de nombreuses études sont contradictoires, et il semble que les cigarettes électroniques sont généralement moins toxiques que les cigarettes classiques, il n’y a aucun consensus actuel sur les conséquences sanitaires de la cigarette électronique n’utiliser5, 6 , 7. nos recherches antérieures indiquent que les cigarettes électroniques sont nettement moins toxiques pour l’endothélium vasculaire que les cigarettes classiques, malgré leur capacité à causer des dommages à l’ADN et l’induction de l’oxydante stress et la mort cellulaire8 . Cependant, davantage de recherche est nécessaire avant que nous pouvons tirer des conclusions fermes sur les conséquences sanitaires de l’utilisation de la cigarette électronique.

Comme les cigarettes classiques sont des principales causes de maladie vasculaire9, il y a un intérêt croissant pour le risque pour la santé vasculaire de cigarette électronique emploi10,11,12. Afin d’étudier les effets des cigarettes électroniques sur le système vasculaire, notre laboratoire a développé un microcontrôleur assuré fumeurs/vaping périphérique (Figure 1)8. Cet appareil est capable de générer des extraits liquides d’un aérosol de cigarette fumée ou électronique cigarette classique dans des solvants organiques ou aqueuses. Comme le flux d’air est contrôlée par la combinaison d’un régulateur de débit d’air réglable et un programme de calendrier de PBASIC, l’appareil peut servir à générer des extraits selon n’importe quel nombre de protocoles définis par l’utilisateur. Ici, nous détaillons l’assemblage et le fonctionnement de ce dispositif ainsi que deux applications potentielles : in vitro évaluation de la viabilité cellulaire et la chromatographie en phase gazeuse spectrométrie de masse.

Figure 1
Figure 1 : appareil de fumer/Vaping. Schéma pour le montage physique de l’appareil de fumer/vaping en la/la cigarette comme configuration de cigarette électronique (e-cig) (A) et la configuration de cigarette électronique de réservoir (B). Composants principaux : 1) port d’Inhalation ; 2) impacteur de collection primaire ; 3) impacteur de débordement ; 4) piège à vide fiole Buchner ; 5) électrovanne normalement ouvert ; 6) microcontrôleur BS1 ; 7) régulateur de débit d’air ; 8) 510 fileté base du réservoir cigarette électronique. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

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Protocol

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1. assemblage du dispositif

  1. Fixez un 100 mL fiole Buchner (Figure 1, #4) à un anneau en acier support et créer un piège sous vide en la remplissant avec 50 g de chlorure de calcium pour servir un déshydratant. Sceller la fiole avec un bouchon de caoutchouc à travers-trou, envelopper la jonction du bouchon avec le film de paraffine et d’exécuter une pipette dans le trou.
  2. Utilisez un tuyau en vinyle, connectez la pipette s’étendant de la butée à un raccord de tuyau d’intersection en t.
  3. Utilisez un tuyau en vinyle, branchez l’impacteur deux (Figure 1, #2 et #3) les uns aux autres et la sortie du deuxième impacteur sur le raccord de tuyau d’intersection en t.
  4. Utilisez un tuyau en vinyle, connectez le port d’entrée du premier impacteur pour servir comme un port d’inhalation (Figure 1, #1).
  5. Utilisez un tuyau de vinyle, connecter le bras latéral de la fiole Buchner au port d’entrée d’un régulateur de débit d’air (Figure 1, #7) et le port de sortie du régulateur d’air pour une pompe à vide.
  6. Assembler le circuit selon le schéma de la Figure 2 a.
  7. Télécharger le programme PBASIC SVL.bs1 (Figure 2 b, également disponible à https://github.com/ChastainAnderson/SVL) au microcontrôleur BS1 (Figure 1, #6) au moyen d’un adaptateur série et le logiciel du fabricant.
  8. Place le 510 fileté (Figure 1 #8) dans un anneau meuble pince.
  9. Utilisez un tuyau en vinyle, raccorder l’électrovanne (Figure 1, #5) à l’extrémité libre du raccord du tuyau de l’intersection en t.
    Remarque : Le dispositif devrait être complet et prêt à fonctionner, vérifiez tous les raccords pour s’assurer qu’ils sont hermétiques et appliquent les colliers et graisse sous vide selon les besoins.

Figure 2
Figure 2 : schéma électrique et PBASIC Code. Figure 2 a affiche le schéma électrique pour le montage du circuit électrique nécessaire pour activer les deux normalement ouvert l’électrovanne et le serpentin de chauffage du bouton activé les cigarettes électroniques (par le biais de la 510 filetés électronique cigarette base du réservoir). Les paramètres électriques de la bobine de chauffage (P: puissance ; R : résistance ; et le courant i) sont projetées et doivent être vérifiées empiriquement un mât multimètre. Figure 2 b affiche le programme de calendrier de PBASIC nécessaire pour contrôler le circuit l' Figure 2 a (également disponible à https://github.com/ChastainAnderson/SVL). Les constantes de chronométrage SVT & IPT (#5 et #6) sont en ms et sont mis à offrir un temps d’activation de 2 secondes et un temps d’arrêt de 28 s. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

2. stockage et préparation de l’échantillon

  1. Garder tous les échantillons des cigarettes conventionnelles et électroniques non ouverts dans le noir dans des sacs en plastique hermétiques à température ambiante.
  2. Une fois ouverte, conserver les échantillons dans des sacs de plastique hermétiques à 4 ºC, avec du papier essuie-tout pour absorber l’excès d’humidité.
  3. Avant équilibrer tous les échantillons dans une cave à température ambiante à ~ 60 % d’humidité pendant au moins 30 minutes avant de les utiliser.

3. général fonctionnement du dispositif d’Extraction de Cigarette Cigarette électronique/fumée Aerosol

  1. Déterminer la masse de chaque e-cigarette cartomizer/réservoir pre-vaping à l’aide d’une balance analytique. La différence de poids de pré/post post vaping serviront à déterminer le dosage approprié.
    Remarque : 3R4F cigarettes de référence sont censés pour contenir 0,7 mg de nicotine, et la teneur en nicotine des marques de cigarettes commerciales peut être déterminée par les méthodes classiques d’analyse13.
  2. Exemple d’application 1, remplissez le réservoir de l’impacteur primaire avec 4,3 mL de milieu de culture de cellules endothéliales. Exemple d’application 2, remplissez le réservoir avec 5 mL d’acétone.
  3. Préparation de la cigarette électronique ou la cigarette classique pour l’extraction :
    1. Si vous utilisez une cigarette classique, appliquez un morceau de ruban adhésif transparent autour du filtre et de mettre une marque visible où le papier à cigarettes rejoint le filtre.
    2. Si vous utilisez une cigarette e-cigarette, assurez-vous que la batterie est bien chargée et le cartomiseur solidement vissé à la batterie.
    3. Si vous utilisez un réservoir de cigarette électronique, assurez-vous qu’un volume suffisant de liquide cigarette électronique est chargé dans le réservoir et visser le réservoir sur le socle fileté 510.
  4. Insérez l’extrémité de la cigarette classique ou électronique dans le port d’inhalation (Figure 1, #1) et fixer avec un collier de serrage.
  5. Tourner sur la pompe à vide.
  6. Ajuster le débitmètre pour tirer 1,65 L/minute afin d’assurer une bouffée de 55 mL en 2 sec.
  7. Allumez le microcontrôleur. Si vous utilisez une cigarette classique, allumer la cigarette sur la première bouffée.
  8. Exécuter jusqu'à ce que visible désiré concentration (en parties par million ou % poids/volume) est atteint.
  9. Déterminer la masse de chaque cartomiseur/réservoir de e-cigarette après vaporisation à l’aide d’une balance analytique. Comparer cette mesure à la mesure effectuée à l’étape 3.1 à déterminer la masse consommé au total. Calculer la concentration de la masse/volume consommé de solvant. Utiliser la concentration molaire de la nicotine consommée pour normaliser entre produits.
    1. Si une masse insuffisante a été consommée, la cigarette électronique de retour à l’appareil et consommer davantage.
    2. Si une masse suffisante ou excès a été consommée, aller de l’avant.

4. filtration et stockage

  1. Si l’extrait doit être utilisé pour la culture cellulaire, filtrer sur un filtre de seringue PES de 0,22 µm.
  2. Utilisez les extraits immédiatement ou conserver à-80 ° c. Dans le cadre de la préparation de Anderson, et al. 8, aérosol de la cigarette électronique a été démontrée comme stable pendant au moins deux semaines, et la stabilité de la fumée jusqu'à deux ans de cigarette a été établie par des escrocs, et al. 13.

5. nettoyage de l’appareil

  1. Après chaque extraction, rincer la tubulure et réservoirs de l’appareil avec l’éthanol à 70 % et de l’eau déionisée pour empêcher reportés entre les échantillons.
  2. Après rinçage, exécutez brièvement l’appareil vide pour permettre la circulation d’air faciliter le séchage des lignes.

6. exemple d’Application 1 : Absorption rouge neutre analyse de viabilité de cellules

  1. Effectuer l’extrait comme ci-dessus dans 4,3 mL de milieu de culture de cellules endothéliales.
  2. Un jour avant, les semences des cellules endothéliales de veine ombilicale humaine dans des 96 plaques puits à une densité de 1 x 104 cellules/wellin 100 µL de milieu de culture de cellules endothéliales.
  3. Traiter les cellules en remplaçant le vieux milieu de culture de cellules endothéliales avec soit 100 µL de milieu de culture de cellules endothéliales fraîche pour servir un contrôle ou de 75 µL de milieu de culture de cellules endothéliales mélangé avec 25 µL d’un extrait de concentration 2 mM consommé en nicotine (1,4 mg consommé de la nicotine dans le milieu de culture de cellules endothéliales 4,3 mL) pour une concentration finale de 500 µM à servir de traitement.
  4. Comme de nombreux éléments des deux aérosols de cigarette fumée et électronique de cigarette sont volatils, utiliser un opercule pour garder les puits étanche à l’air.
  5. Incuber la plaque de 18 à 24 h à 37 ° C et 5 % de CO2.
  6. Préparer une coloration de solution de rouge neutre :
    1. Créer une solution-mère rouge neutre 100 x en dissolvant 33 mg du colorant rouge neutre dans 10 mL de solution saline tamponnée.
    2. Peu avant son utilisation, diluer 100 x 1/100 de solution mère dans le milieu de culture cellulaire pour créer 1 x coloration solution de rouge neutre.
    3. Incuber une coloration solution à 37 ° C pendant au moins 30 min avant utilisation et immédiatement rouge neutre.
      Remarque : Il est normal que certains cristaux à précipiter durant l’incubation. Il faut de ne pas appliquer ces cristaux dans les puits de culture cellulaire. Si nécessaire, un filtre de.22 µm peut servir à filtrer les stock rouge neutre et les solutions de coloration.
  7. Extrait de supprimer et ajouter 100 µL de rouge neutre solution par bien, utilisation excédentaire pour créer au moins trois puits vides pour la quantification appropriée de coloration.
  8. Incuber les plaques à 2 – 4 h à 37 ° C et 5 % de CO2.
  9. Enlever une coloration de solution de rouge neutre et laver 3 fois par immersion dans du PBS.
  10. Appliquez le rouge neutre se détachant solution (50 % eau désionisée eau, éthanol à 49 %, 1 % d’acide acétique).
  11. Incuber au moins 10 min à température ambiante en agitant.
  12. Lire l’absorbance à 540 nm.
  13. Analyser les données en soustrayant la valeur moyenne des blancs et en normalisant à la moyenne de la valeur bien ajusté contrôle à blanc.

7. exemple d’Application 2 : chromatographie en phase gazeuse spectrométrie de masse

  1. Effectuer l’extraction comme ci-dessus dans 5 mL d’acétone.
  2. Exécutez l’appareil pour obtenir une concentration finale de ~ 100 parties par million (poids du e-liquide consommé/volume d’acétone) de votre échantillon.
  3. À l’aide d’une seringue de verre de précision, injecter 1 µL dans l’injecteur d’un dispositif de GC-MS. Injecter un 01:20 divisé ratio en un système de couplage chromatographe en phase gazeuse/quadrupolaire spectromètre équipé d’une colonne de ZB-5 avec le protocole suivant du four à 250 ° C : 1 min à 50 ° C ; rampe de 10 ° C/min jusqu'à 140 ° C ; rampe de 20 ° C/min jusqu'à 300 ° C et maintenez pendant 10 min.
  4. Correspondre à des spectres de masse qui en résulte pour la bibliothèque cible pour identifier les composants des aérosols.

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Representative Results

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Dans les 24 heures de l’exposition de veine ombilicale humaine extrait de cellules endothéliales extrait de fumée de cigarette classique (CST) ou aérosols de cigarette électronique (EAE), il y a une importante (contrôle vs CST P < 0,001 ; commande vs EAE P < 0,01 ; n = 6) réduction de la viabilité cellulaire (Figure 3 a). Des extraits ont été générées avec un profil bouffée de 2, 2 secondes, souffles de 55 mL / minute et normalisé basé sur concentration molaire de la nicotine consommée par l’appareil. Exposition à 500 µM consommé la nicotine équivalents du CST réduit considérablement les cellules viables à 11.06 ± 0,28 % des témoins, et exposition à 500 µM consommé la nicotine équivalents de l’EAE réduit les cellules viables à 86,65 ± 4,60 % des témoins.

Figure 3 b montre la séparation de volatilité basée des composants de la cigarette électronique d’une cigarette électronique commerciale par chromatographie en phase gazeuse. Les composants ont été ensuite identifiés par spectrométrie de masse quadripolaire. Incluent des composants identifiés, dans l’ordre de la volatilité, : propylèneglycol, acétyl propionyl, chlorobutanol, glycérol, la nicotine et l’acide 3-nitropthalic. De ces seuls propylène glycol, le glycérol et la nicotine ont été divulgués sur l’étiquette du produit1.

Figure 3
Figure 3 : exemples d’Applications : cellules viabilité et GC-Mme Figure 3 a affiche les résultats d’un test d’absorption rouge neutre réalisées sur les cellules endothéliales de veine ombilicale humaine exposées à 500 µM consommé équivalents de la nicotine ou l’autre conventionnel de fumée de cigarette d’une cigarette de référence de recherche 3R4F (CST) ou aérosol de cigarette électronique d’une cigarette électronique disponible dans le commerce (EAE). Les barres sont moyenne +/-écart-type. Signification déterminée par deux queue, non appariés, t-test et les résultats indiquent par des astérisques : ** P < 0,01 ; P < 0,001 ; n = 6. Figure 3 b affiche les résultats d’un chromatographe en phase gazeuse des aérosols de cigarette électronique solubilisé dans de l’acétone. Sommets représentent les composés individuels classés par temps de rétention (volatilité) et ont été identifiés par spectrométrie de masse quadripolaire. 1) propylène glycol ; 2) acétyl propionyl ; 3) chlorobutanol ; 4) glycérol ; 5) nicotine ; 6) 3-nitropthalic acid. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

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Discussion

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Les éléments les plus critiques du présent protocole sont d’assurer que l’appareil est propre au début et la fin de chaque extraction, et veiller à ce que tous les joints sont maintenus si cette circulation d’air reste cohérente. Si l’appareil n’est pas correctement nettoyé, il existe un risque de Portage dans entre les échantillons. En outre, si l’appareil est laissé impur pendant une période prolongée d’aérosol condensé de temps et séché solvant peut bloquer le système. Notez qu’il est normal pour là pour être une chute de pression en fumant une cigarette conventionnelle et le flux d’air mètre doit être ajustée pour fournir le débit d’air désiré pendant la bouffée, pas tant que l’appareil est tirant d’air de la pièce. Un élément clé de cette méthode est la capacité de s’adapter pour faire face à l’avancement de la technologie de la cigarette électronique. Par exemple, le nombre de cigarettes électronique nécessite activation Appuyez sur le bouton de la bobine de chauffage. Cet appareil intègre directement la résistance dans le circuit de commande (Figure 2 a) imitant un bouton à intervalles utilisateur programmé. Les limitations primaires de cette méthode provient de l’absence de procédures d’utilisation normalisées bien caractérisés pour l’usage de la cigarette électronique. Alors que pour les cigarettes classiques, nous pouvons utiliser une recherche référence cigarette14 et les protocoles internationaux15,16 , nous sont simplement adapter ces méthodes aux cigarettes électroniques et ne peut garantir qu’elle convenablement modèles de comportement de l’utilisateur de cigarette électronique. En outre, le présent protocole produit extrait dans un milieu liquide. Alors que cela est approprié pour certains types de cellules, telles que les cellules endothéliales, les autres types de cellules, telles que les cellules des voies respiratoires, peuvent être mieux étudiées par exposition directe à l’aérosol de la cigarette électronique.

La nature de ce dispositif lui permet d’être mis à jour comme nouveaux modes opératoires normalisés sont développés. Plusieurs points de modification se présentent eux-mêmes qui pourrait permettre à l’appareil doit être adaptée à des questions précises. Nouvelles cigarettes électroniques englobent plus de puissance que les précédents modèles de cigarettes électroniques17. Dans le schéma présenté dans la Figure 2 a, les deux la résistance adjacente à la batterie et la batterie elle-même pourrait être échangée pour les éléments avec les valeurs de résistance différents (ou résistance même variable) pour moduler la puissance finale utilisée pour pulvériser le liquide de la cigarette électronique. Une puissance théorique finale dans l’atomiseur peut être calculée avec les équations de la puissance conventionnelle :

Equation 1ouEquation 2
où P: puissance ; V : tension ; R : résistance ; et le courant i.

Comme il n’y a pas largement acceptée international mode opératoire normalisé pour l’utilisation de la cigarette électronique, et différents groupes voudra employer différents paramètres et profils bouffées. Une cigarette électronique commune standard est CORESTA CRM8118, bien que certains groupes continuent d’utiliser des versions modifiées des protocoles de fumeurs de cigarette classique tels que ISO 3088:201215 et qui TobLabNet PON 116. En outre, de nombreux laboratoires continuent d’utiliser laboratoire et/ou l’établissement de régimes spécifiques. Dans ce cas, nous avons utilisé un profil de bouffée d’onde carrée consistant en 2, 2 secondes, souffles de 55 mL / minute ; Toutefois, la nature modulaire, programmable de l’appareil lui permet d’être adapté à d’autres profils bouffées si nécessaire. Puff volume peut être réglé directement en ajustant le débitmètre d’air. Bouffée de temps et temps d’activation de bobine de chauffage peut être modifié en changeant les constantes de SVT et IPT dans le programme SVL.bs1 (Figure 2 b, #5 & #6). Si l'on devait à se synchroniser le temps haletant et le temps d’activation, cela pourrait se faire en fractionnant les constantes SVT et IPT, par exemple, SVT1 qui représente le délai entre l’activation du circuit chauffage et circuit de la soupape, SVT2 ce qui représente le délai entre l’activation du circuit vanne et l’inactivation du circuit de chauffage et SVT3 représentant le temps entre l’inactivation du circuit chauffage et l’inactivation de la vanne circuit et de même pour l’IPT. Alors que la base filetée 510 est courante dans nombreuses cigarettes électroniques de réservoir, il n’est pas universelle. Une base filetée différemment peut être remplacée si l’utilisateur a besoin. Si un profil carré n’est pas souhaité, remplacer l’électrovanne ou débitmètre d’air avec un composant programmable continu à redéfinir le profil de vague.

Comme progresse de recherche de cigarette électronique, la disponibilité et l’accessibilité de la cigarette électronique dispositifs de fumer reste un obstacle. Machines à fumer cigarette ont été partie intégrante de la recherche sur les produits du tabac plus tôt en 1843 et aujourd'hui, il existe une variété de machines à fumer disponibles dans le commerce pour les cigarettes classiques19,20. Il y a plusieurs instructions permanentes établies pour les fumeurs de cigarette classique21. Cependant, nombreux appareils de fumeurs de cigarette classique a été incapables de fumer avec précision les cigarettes électroniques en raison des différences de conception entre les cigarettes classiques et électroniques et les différences dans les modèles et les marques de cigarettes électroniques tels que : diamètre, exigences de PSI et la nécessité pour le capteur ou le bouton fonction activation17. Actuellement, il y a un domaine commercial hétérogène de machines à fumer cigarette électronique qui inclut les appareils, y compris les dispositifs conçus pour extraction directe aérosol ainsi que l’air interface liquide exposition (par exemple Borgwalt22 et Vitrocell 22,,23). Malgré la disponibilité des options commerciales, de nombreux groupes, continuent d’utiliser les dispositifs fabriqués au sein de leur propre laboratoire pour aérosol extraction 10,11,12,24, 25 , 26. les motivations pour cela sont variées. Dans certains cas, les chercheurs cherchent à meilleur modèle du comportement humain10. D’autres tentent de maintenir la continuité avec les études déjà publiées de la fumée de cigarette,12. Encore d’autres citent directement l’inaccessibilité des solutions de rechange commerciales comme une motivation pour laboratoire fabrication24. Ces dispositifs prennent de nombreuses formes et, dans bien des cas, utilisent des protocoles spécifiques de laboratoire. Malheureusement, les mécanismes, d’efficacité et les capacités de ces appareils et les protocoles sont souvent sous-déclarées.

La première des deux demandes échantillon présenté ci-dessus (Figure 3 a) montre les effets des aérosols de cigarette fumée et électronique de cigarette classique sur la viabilité des cellules endothéliales. Comme l’a montré la fumée de cigarette conventionnelle provoque des cellules endothéliales mort et dysfonction9, il est raisonnable d’émettre cette cigarette électronique qu’aérosols aurait un effet similaire. Pour le vérifier, nous avons exposé des cellules endothéliales de veine ombilicale humaine à la nicotine à des niveaux équivalents d’extrait de fumée de la cigarette conventionnelle ou aérosol cigarette électronique extrait pendant 24 h. Alors que les deux aérosols de cigarette fumée et électronique de cigarette classique provoque des réductions statistiquement significatives dans la viabilité des cellules, la taille de l’effet de la réduction d’aérosol induite de cigarette électronique est ~ 13 % tandis que la réduction après classiques exposition de la fumée de cigarette est presque 90 %. Cela appuie l’idée que les cigarettes électroniques sont moins nocifs pour le système vasculaire que les cigarettes classiques, mais elles sont toujours pas en sécurité. Les deux exemples d’applications présentées ci-dessus (Figure 3 b) le deuxième illustre cet aérosol de cigarette électronique extraite en solvant organique peut être séparé en ses composants et analysé par spectrométrie de masse. La liste des composants générée fournit des informations sur l’exactitude de l’étiquetage dans les produits de la cigarette électronique et met en évidence de certains composants potentiellement nocifs tels qu’acétyl propionyl (2, 3-pentanedione)27. Alors que les composants identifiés dans cette expérience n’étaient pas quantifiés, quantification peut être effectuée par des techniques analytiques classiques tels que ceux présentés dans CORESTA CRM8428.

Ici, nous avons présenté un appareil de laboratoire programmable capable de générer un extrait liquide de l’aérosol de cigarette fumée ou électronique de cigarette classique. Cet appareil peut accueillir un large éventail de conceptions de produits (tels que les marques commerciales de cigarette électronique) et le procédé d’extraction peut être personnalisé aux spécifications de l’utilisateur. Dans ce cas précis, nous avons démontré l’utilisation de l’extrait généré lors d’un test de viabilité de cellules endothéliales ; Toutefois, les extraits générées par ce dispositif pourraient être appliqués à n’importe quel type de cellule unique population comme co-culture, explant ou autre modèle in vitro . Ces extraits sont compatibles avec un grand nombre de dosages biologiques fréquemment utilisés, y compris la détection d’espèces réactives de l’oxygène, les analyses de prolifération de cellules et immuno-coloration conventionnelle. En outre, la capacité de décomposer la composition de la cigarette électronique extrait par chromatographie en phase gazeuse spectrométrie de masse fournit un point de départ pour une étude détaillée des composants individuels d’aérosols. Globalement, ce dispositif fournit un point d’entrée accessible à la recherche de la cigarette électronique.

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Disclosures

Le programme du tabac produit réglementaire Science Research Fellowship, administré par l’Université de Tulane est financé par Altria Client Services Regulatory Affairs.

Acknowledgments

Les auteurs tiennent à souligner l’aide du Dr Robert Dotson de la Tulane University Département de biologie cellulaire et moléculaire pour son aide dans l’édition du manuscrit et le Dr James Bollinger du département de chimie de l’Université de Tulane pour son aide avec la conception de protocole de spectrométrie de masse. Les auteurs autres reconnaissent la Tulane University Department de cellule et de biologie moléculaire et le département de chimie de l’Université de Tulane pour leur soutien et de l’utilisation de l’espace et l’équipement. Ce travail a été soutenu par une bourse de recherche de Science réglementaire du tabac produit C. Anderson de la Tulane University School of Science et ingénierie.

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).
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Un microcontrôleur exploité le dispositif pour la génération d’extraits liquides d’aérosol de Cigarette fumée et électronique de Cigarette classique
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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).

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