Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Bioengineering

En mikrokontroller drivs enhet för generering av flytande extrakt från konventionella cigarett rök och elektronisk cigarett Aerosol

doi: 10.3791/56709 Published: January 18, 2018

Summary

Här beskriver vi en programmerbar laboratorium enhet som kan användas för att skapa extrakt av konventionella cigarett rök och elektronisk cigarett aerosol. Denna metod ger ett användbart verktyg för att göra direkta jämförelser mellan konventionella cigaretter och elektroniska cigaretter, och är en lättillgänglig ingångspunkt till elektronisk cigarett forskning.

Abstract

Elektroniska cigaretter är den mest populära tobaksvaran bland mitten och hög schoolers och mest populära alternativa tobaksvaran bland vuxna. Hög kvalitet, reproducerbar forskning om konsekvenserna av elektronisk cigarett användning är viktigt för att förstå nya folkhälsoproblem och crafting bevis baserat regleringspolitik. Medan ett växande antal tidningar diskutera elektroniska cigaretter, finns det lite konsekvens i metoder över grupper och mycket lite samförstånd om resultat. Här beskriver vi en programmerbar laboratorium enhet som kan användas för att skapa extrakt av konventionella cigarett rök och elektronisk cigarett aerosol. Detta protokoll Detaljer instruktioner för montering och drift av nämnda enhet och visar användningen av genererade extraktet i två exempelprogram: en in vitro- cell lönsamhet analysen och gaskromatografi masspektrometri. Denna metod är ett verktyg för att göra direkta jämförelser mellan konventionella cigaretter och elektroniska cigaretter, och är en lättillgänglig ingångspunkt till elektronisk cigarett forskning.

Introduction

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

Trots en koncentrerad insats av hälsoorganisationer fortfarande produkt tobaksbruket den vanligaste orsaken till förebyggbara dödsfall över hela världen, med en majoritet av dessa dödsfall tillskrivas cigarett rökare1. Sedan kommer in på marknaden år 2003, har elektroniska cigaretter ökat i popularitet bland tobak produktanvändare. Elektroniska cigaretter för närvarande det mest populära alternativet till konventionella cigaretter bland amerikanska vuxna (~ 5%)2 och det mest populära nikotin leveranssystemet bland mitten (~ 5,3%) och hög schoolers (~ 16%)3. Om aktuella trender fortsätter, kan elektroniska cigaretter förväntas ersätta konventionella cigaretter för framtida generationer. Rökningens följder för elektronisk cigarett användning är dock fortfarande oklart.

Forskning om elektroniska cigaretter startade inte på allvar tills elektronisk cigarett popularitet ökade snabbt i 20133,4. Sedan dess har har ett antal olika modeller använts till frågan om deras giftighet. Men resultaten av många studier är motstridiga, och även om det verkar att elektroniska cigaretter är generellt mindre giftiga än konventionella cigaretter finns det inga aktuella samförståndet om rökningens följder för elektronisk cigarett använda5, 6 , 7. vår tidigare forskning visar att elektroniska cigaretter är betydligt mindre giftig till vaskulära endotelet än konventionella cigaretter, trots deras förmåga att orsaka DNA-skador och induktion av oxidativ stress och cell death8 . Dock krävs mer forskning innan vi kan dra några säkra slutsatser om rökningens följder av elektronisk cigarett användning.

Som konventionella cigaretter är en ledande orsak till förebyggas kärlsjukdom9, finns det ett växande intresse för vaskulära hälsa risken för elektronisk cigarett använda10,11,12. För att studera effekterna av elektroniska cigaretter på det vaskulära systemet, utvecklat vårt labb en microcontroller drivs rökning/vaping enheten (figur 1)8. Denna enhet är kapabel att generera flytande extrakt av antingen konventionell cigarett rök eller elektronisk cigarett aerosol i antingen vatten eller organiska lösningsmedel. Eftersom luftflödet styrs av en kombination av en justerbar air flow regulator och ett PBASIC timing program, kan enheten användas för att generera extrakt enligt valfritt antal användardefinierade protokoll. Här vi detalj med montering och drift av enheten samt två potentiella tillämpningar: in vitro- cell livskraft bedömning och gaskromatografi masspektrometri.

Figure 1
Figur 1: rökning/Vaping enhet. Principschema för fysisk montering av rökare/vaping enheten både cigarett/cigaretten som elektronisk cigarett (e-cig) konfiguration (A) och tank elektronisk cigarett konfigurationen (B). Komponenten nyckel: 1) inandning port; (2) primära samling impinger; (3) overflow impinger; (4) Buchner kolv vakuum fälla; (5) normalt öppen magnetventil; (6) BS1 microcontroller; 7) flödesregulator. luft; (8) 510 gängade elektronisk cigarett tank bas. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

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. Säkra en 100 mL Buchner kolven (figur 1, #4) till en stålring stå och skapa ett vakuum fällan genom att fylla det med 50 g kalciumklorid att fungera som ett torkmedel. Tillslut kolven med en gummipropp för hålmontering, wrap propp korsningen med paraffin filma, och köra en pipett genom hålet.
  2. Anslut med vinyl slangar pipetten sträcker sig från proppen till en t-korsningen slanganslutningen.
  3. Använda vinyl slangar, Anslut de två impinger (figur 1, #2 och #3) till varandra och resultatet av den andra impinger till t-korsningen slanganslutningen.
  4. Använd vinyl slangen och anslut ingångsporten av den första impinger att fungera som en inandning-port (bild 1, #1).
  5. Med vinyl slangar, ansluta sidoarm Buchner kolvens till ingångsporten för en luftflöde regulator (figur 1, #7) och klotets luftflöde regulatorn till en vakuumpump.
  6. Montera kretsen enligt schematiskt i figur 2A.
  7. Ladda upp programmet PBASIC SVL.bs1 (figur 2B, finns även på https://github.com/ChastainAnderson/SVL) till BS1 mikrokontroller (figur 1, #6) med hjälp av en seriell adapter och tillverkarens programvara.
  8. Plats på 510 gängade base (figur 1 #8) i en ring utmärker klämman.
  9. Anslut med vinyl slangar magnetventilen (figur 1, #5) till den fria änden av t-korsningen slanganslutningen.
    Obs: Enheten bör vara komplett och klar för användning, kontrollera alla skarvar att se till att de är lufttäta och tillämpa slangklämmor och vakuum fett som behövs.

Figure 2
Figur 2: elektriska Schematisk och PBASIC koden. Figur 2A visar den elektriska schematiskt för montering av den elektriska kretsen nödvändigt att aktivera båda normalt öppna magnetventilen och värmebatteriet knapptryckning aktiveras elektroniska cigaretter (genom 510 gängad elektroniska cigarett tank bas). De elektriska parametrarna av värmebatteriet (P: makt; R: motstånd; och I: ström) projiceras och empiriskt bör verifieras med en multimeter post församling. Figur 2B visar vilken PBASIC timing som krävs för att styra kretsen i figur 2A (finns även på https://github.com/ChastainAnderson/SVL). Timing konstanterna SVT & IPT (#5 & #6) är enheter av ms och är inställda på att ge en aktiveringstid 2 sekunder och ett driftstopp på 28 s. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.

2. prova lagring och beredning

  1. Lagra alla oöppnade konventionella och elektroniska cigarett prover i mörker i lufttäta plastpåsar vid rumstemperatur.
  2. Öppnad förvaras prover i lufttäta plastpåsar vid 4 ° c, med en pappershandduk för att absorbera fukt.
  3. Pre jämvikta alla prover i en rumstemperatur humidor med ~ 60% luftfuktighet i minst 30 minuter före användning.

3. allmänna driften av cigarett rök/elektronisk cigarett Aerosol utvinning enheten

  1. Bestämma massan för varje e-cigarett cartomizer/tank pre-vaping använder en Analysvåg. Skillnaden i pre/post post vaping vikt används för att bestämma lämplig dosering.
    Anmärkning: 3R4F referens cigaretter antas innehålla 0,7 mg nikotin och kommersiella cigarettmärken nikotinhalt kan bestämmas genom konventionella analysmetoder13.
  2. För exempelprogrammet 1, Fyll behållaren i den primära impinger med 4,3 mL endotelceller odlingsmedium. För exempelprogrammet 2, Fyll behållaren med 5 mL aceton.
  3. Prep av elektronisk cigarett eller konventionella cigarett för utvinning:
    1. Om du använder en vanlig cigarett, applicera en bit klar tejp runt filtret och sätta en synlig märke där cigarettpapper ansluter filtret.
    2. Om använder en cigarett som e-cigarett, se till att batteriet är väl laddat och cartomizer fastskruvat ordentligt till batteriet.
    3. Om du använder en elektronisk cigarett tank, kontrollera att en lämplig volym av elektronisk cigarett flytande fyllts i tanken och skruva fast tanken på 510 gängade basen.
  4. Sätt spetsen på den konventionella eller elektroniska cigaretten i inandning porten (figur 1, #1) och säkra med en slangklämma.
  5. Slå på vakuumpumpen.
  6. Justera flödesmätaren för att dra 1,65 L/minut för att säkerställa en 55 mL puff under 2 sekunder.
  7. Slå på mikrokontroller. Om du använder en vanlig cigarett, tända cigaretten på första BLOSSET.
  8. Kör tills projiceras önskad koncentration (i delar per miljon eller % vikt/volym) uppnås.
  9. Bestämma massan för varje e-cigarett cartomizer/tank efter förångning använder en Analysvåg. Jämför detta mått mätning tas i steg 3.1 att bestämma den totala massa konsumeras. Beräkna koncentrationen av förbrukade massan/volymen spädningsvätska. Använda den molära koncentrationen av förbrukade nikotin för att normalisera mellan produkter.
    1. Om en otillräcklig massa konsumerades, tillbaka elektronisk cigarett till enheten och konsumera ytterligare.
    2. Om en tillräcklig eller överflödig massa konsumerades, Fortsätt.

4. filtrering och lagring

  1. Om extraktet skall användas för cellodling, filtrera genom ett 0,22 µm PES spruta filter.
  2. Använd extrakt omedelbart eller förvaras vid-80 ° c. Som en del av förberedelserna för Anderson, o.a. 8, elektronisk cigarett aerosol visades vara stabil i minst två veckor, och stabiliteten i cigarettrök som för upp till två år har fastställts av skurkar, et al. 13.

5. rengöring av enheten

  1. Efter varje extraktion, skölj slangen och reservoarer av enheten med 70% etanol och avjoniserat vatten för att förhindra föras över mellan prover.
  2. Efter sköljning, kort köra den tom enheten så att luftflödet att hjälpa torkning av raderna.

6. exempelprogrammet 1: Neutral röd upptag Cell livskraft Assay

  1. Utföra extrakt som ovan i 4.3 mL odlingsmedium för endotelceller.
  2. En dag före, utsäde mänskliga navel ven endotelceller i 96 plattor på en densitet på 1 x 104 celler/wellin 100 µL av endotelceller odlingsmedium.
  3. Behandla cellerna genom att ersätta den gamla endothelial cellodlingsmedium med antingen 100 µL av färska endothelial cellodlingsmedium skall utgöra en kontroll eller 75 µL av endotelceller odlingsmedium blandat med 25 µL av en 2 mM konsumeras nikotin koncentrationen extrakt (1,4 mg konsumeras nikotin till 4,3 mL endotelceller tillväxt medium) till en slutkoncentration på 500 µM till fungera som behandling.
  4. Som många av komponenterna i båda cigarett rök och elektronisk cigarett aerosol är flyktiga, Använd en folie tätning för att hålla brunnarna lufttät.
  5. Inkubera plattan 18 – 24 h vid 37 ° C och 5% CO2.
  6. Förbereda neutralrött färgning lösning:
    1. Skapa en 100 x neutrala röd stamlösning genom upplösning 33 mg av neutralt rött färgämne i 10 mL buffrad saltlösning.
    2. Strax före användningen, späd 100 x stamlösning 1: 100 i cellodlingsmedium skapa 1 x neutralrött färgning lösning.
    3. Inkubera neutralrött färgning lösning vid 37 ° C i minst 30 min innan användning och användning omedelbart.
      Obs: Det är normalt för vissa kristaller att fällningen under inkubation. Vård bör vidtas för att undvika att tillämpa dessa kristaller till cell kultur brunnarna. Om det behövs kan ett.22 µm filter användas för att filtrera de neutrala röd lager och färgning lösningar.
  7. Ta bort extrakt och tillsätt 100 µL av neutralrött färgning lösning per väl, Använd överskott att skapa minst tre tomma brunnar för korrekt kvantifiering.
  8. Inkubera plattan på 2 – 4 timmar vid 37 ° C och 5% CO2.
  9. Ta bort neutrala röda färgning lösningen och tvätta 3 x genom nedsänkning i PBS.
  10. Tillämpa neutralrött de fläcken lösning (50% avjoniserat vatten, 49% etanol, 1% ättiksyra).
  11. Inkubera i minst 10 minuter vid rumstemperatur med skakningar.
  12. Läs absorbansen vid 540 nm.
  13. Analysera data genom att subtrahera ut det genomsnittliga värdet av de tomma brunnarna och normalisera till genomsnittet av Tom justerade väl kontrollvärdet.

7. exempelprogrammet 2: gaskromatografi-masspektrometri

  1. Utföra extraktion som ovan i 5 mL aceton.
  2. Köra enheten för att uppnå en slutlig koncentration på ~ 100 delar per miljon (vikt e-vätska förbrukas/volym av aceton) av ditt prov.
  3. Med en precision glasspruta, injicera 1 µL i injektorn av en GC-MS-enhet. Injicera vid 250 ° C med en 1:20 delas upp baserat på i ett kopplat gaskromatograf/quadrupole spektrometer system utrustade med en ZB-5 kolumn med följande ugn protokoll: 1 min vid 50 ° C; ramp 10 ° C/min till 140 ° C; ramp 20 ° C/min till 300 ° C och håll i 10 min.
  4. Matcha resulterande masspektra till målbibliotek att identifiera 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

Inom 24 timmar efter exponeringen av mänskliga navel ven endotelceller till konventionella cigarettrök extrakt (CSE) eller elektronisk cigarett aerosol extrakt (EAE), det finns en betydande (kontroll vs. CSE P < 0,001; kontroll vs. EAE P < 0,01; n = 6) minskning av cellernas viabilitet (figur 3A). Extrakt genererades med en pustande profil av 2, 2 sekunders, 55 mL puffar per minut och normaliserade utifrån molar koncentration av nikotin som konsumeras av enheten. Exponering för 500 µM konsumeras nikotin medel ASM minskar dramatiskt viabla celler 11,06 ± 0,28% av kontroll, och exponering för 500 µM konsumeras nikotin motsvarigheter av EAE minskar viabla celler 86.65 ± 4,60% av kontroll.

Figur 3B visar volatilitet baserat separation av elektronisk cigarett komponenter från en kommersiell elektronisk cigarett med gaskromatografi. Komponenter identifierades sedan via quadrupole masspektrometri. Identifierade komponenter, i ordning av volatilitet, inkluderar: propylenglykol, acetyl propionyl, chlorobutanol, glycerol, nikotin och 3-nitropthalic syra. Av dessa bara propylenglykol, glycerol och nikotin lämnades ut på produkten etikett1.

Figure 3
Figur 3: programexempel: Cell livskraft och GC-MS. Figur 3A visar resultaten av en neutral röd upptag-analysen utförs på mänskliga navel ven endothelial celler utsätts för 500 µM konsumeras nikotin motsvarigheter till antingen konventionell cigarettrök från en 3R4F forskning referens cigarett (CSE) eller elektronisk cigarett aerosol från en kommersiellt tillgänglig elektronisk cigarett (EAE). Barerna är medelvärdet +/-standardavvikelse. Betydelse bestäms av två tailed, oparade, t-test och resultaten indikerade av asterisker: ** P < 0,01; P < 0,001; n = 6. Figur 3B visar resultaten av en gaskromatograf elektronisk cigarett aerosol solubilized i aceton. Topparna representerar enskilda föreningar sorterade efter retentionstiden (volatilitet) och identifierades av quadrupole masspektrometri. (1) propylenglykol; (2) acetyl propionyl; (3) chlorobutanol; (4) glycerol; (5) nikotin; (6) 3-nitropthalic syra. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

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 mest kritiska delarna av detta protokoll är att säkerställa enheten är ren från början och avsluta varje utdrag, och säkerställa att alla tätningar upprätthålls så att luftflödet förblir konsekvent. Om enheten inte är ordentligt rengjorda, finns en risk för att bära över mellan prover. Dessutom, om enheten kvar orena under en längre tid kondenserade aerosol och torkade kan lösningsmedel blockera systemet. Observera att det är normalt för det för att ett tryckfall vid pustande en konventionell cigarett och luftflödet mätaren bör justeras för att ge önskad luftflödet under puff, inte medan enheten drar rumsluften. Ett centralt inslag i denna metod är förmågan att anpassas för att hänga med främjande av elektronisk cigarett teknik. Exempelvis kräver många elektroniska cigaretter knappen tryck på aktivering av värmebatteriet. Denna anordning inlemmar direkt värmebatteriet i styrkretsen (figur 2A) härma en knapptryckning användare programmerade intervaller. Primära begränsningarna med denna metod uppkommer bristen på väl karakteriserade standardrutiner för elektronisk cigarett användning. Vi kan använda en forskning referens cigarett14 och internationella protokoll15,16 för konventionella cigaretter, vi anpassar bara dessa metoder till elektroniska cigaretter och kan inte garantera att den på lämpligt sätt modeller elektronisk cigarett användarnas beteende. Dessutom producerar detta protokoll extract i ett flytande medium. Även om detta är lämpligt för vissa kan celltyper, såsom endotelceller, andra celltyper, såsom luftvägarna celler, studeras genom direkt exponering för elektronisk cigarett aerosol bättre.

Arten av denna enhet gör att den kan uppdateras som nya standardrutiner är utvecklade. Flera pekar av modifiering presenterar sig som möjliggör för enheten att vara skräddarsydd för specifika frågor. Nyare elektroniska cigaretter omfatta ett högre antal wattal än tidigare modeller av elektroniska cigaretter17. I den schematiska presenteras i figur 2A, kunde både resistorn intill värmebatteriet och värmebatteriet själv bytas för komponenter med olika motståndsvärden (eller ens variabla motstånd) att modulera den slutliga effekt som används till aerosolize elektronisk cigarett vätskan. Slutliga teoretiska makten i förångaren kan beräknas med konventionella makt ekvationer:

Equation 1ellerEquation 2
där P: makt; V: spänning; R: motstånd; och I: ström.

Eftersom det finns inga allmänt accepterade internationella normalförfarande för elektronisk cigarett användning och olika grupper kanske vill anställa olika parametrar och pustande profiler. En gemensam elektronisk cigarett standard är CORESTA CRM8118, även om vissa grupper fortsätter att använda ändrade versioner av konventionella cigarett rökare protokoll såsom ISO 3088:201215 och som TobLabNet SOP 116. Dessutom fortsätter många laboratorier att använda laboratorium eller institution specifika regimer. I detta fall använde vi en fyrkantsvåg puff profil bestående av 2, 2 sekunders, 55 mL puffar per minut; den modulära, programmerbara typ av enhet kan dock det anpassas till andra tuffande profiler som behövs. Puff volym kan ändras direkt genom att justera luft flödesmätaren. Puff tid och värme spole aktiveringstid kan ändras genom att ändra SVT och IPT konstanterna i programmet SVL.bs1 (figur 2B, #5 & #6). Om man vill att de ska synkroniseras tuffande tiden och aktiveringstiden, kan detta göras genom att dela upp SVT och IPT konstanterna, e.g. SVT1 som representerar tiden mellan aktivering av värmekretsen och ventil kretsen, SVT2 som representerar tiden mellan aktivering av ventilen kretsen och inaktivering av värmekretsen och SVT3 representerar tiden mellan inaktivering av värmekretsen och inaktivering av ventilen kretsen, och jämväl för IPT. Även 510 gängade basen är vanligt i många tank elektroniska cigaretter, är det inte universella. En annorlunda gängade bas kan ersättas om användaren kräver. Om en fyrkantsvåg profil inte är önskvärd, ersätta luft flödesmätare eller magnetventil med en kontinuerlig programmerbar komponent att omforma den våg-profilen.

Som elektronisk cigarett forskning fortskrider, tillgång och tillgänglighet av elektronisk cigarett förblir rökning enheter ett hinder. Cigarett rökning maskiner har varit en integrerad del av produkten tobaksforskning så tidigt som 1843 och idag finns det en mängd olika kommersiellt tillgängliga rökning maskiner för konventionella cigaretter19,20. I området i närheten finns det flera etablerade standardrutiner för konventionella cigarett rökare21. Många konventionella cigarett rökare enheter visade sig dock oförmögen att korrekt röka elektroniska cigaretter på de design skillnaderna mellan konventionella och elektroniska cigaretter och skillnader inom elektronisk cigarettmärken och modeller, såsom: diameter, PSI krav och behovet av sensorn eller knappen baserat aktiveringen17. För närvarande finns det en heterogen affärsmässiga området elektronisk cigarett rökning maskiner som innehåller enheter, inklusive enheter som är avsedda för direkt aerosol utvinning samt air liquid interface exponering (t.ex. Borgwalt22 och Vitrocell 22,23). Trots tillgång till kommersiella alternativ fortsätter många grupper, att använda enheter som tillverkas inom sina egna laboratorium för aerosol utvinning 10,11,12,24, 25 , 26. motiven för detta är varierande. I vissa fall försöker forskare bättre modell mänskligt beteende10. Andra försöker upprätthålla kontinuiteten med tidigare publicerade studier av cigarettrök12. Fortfarande citera andra direkt otillgängligheten av kommersiella alternativ som en motivation för i laboratoriet tillverkning24. Dessa enheter ta många former och, i många fall använda laboratorium särskilda protokoll. Tyvärr, mekanismer, effekt, och dessa enheter och protokoll är ofta underrapporterade.

Först av de två exempelprogram som presenterats ovan (figur 3A) visar effekterna av konventionella cigarett rök och elektronisk cigarett aerosol på endotelceller livskraft. Eftersom konventionella cigarettrök har visat sig orsaka endotelceller död och dysfunktion9, är det rimligt för att hypotes att elektronisk cigarett aerosol skulle ha en liknande effekt. För att testa detta, utsatta vi människors navel ven endotelceller att nikotin motsvarande nivåer av antingen konventionell cigarettrök extrakt eller elektronisk cigarett aerosol extrahera för 24 h. Medan både konventionella cigarett rök och elektronisk cigarett aerosol orsakar statistiskt signifikanta minskningar i cellernas viabilitet, effekt storleken på en elektronisk cigarett aerosol inducerad minskning är ~ 13% medan minskningen efter konventionella cigarettrök exponering närmar sig 90%. Detta stöder tanken att elektroniska cigaretter är mindre skadliga för det vaskulära systemet än konventionella cigaretter, är de fortfarande inte säker. Andra av de två exempelprogram som presenterats ovan (figur 3B) visar att elektronisk cigarett aerosol extraherade i organiskt lösningsmedel kan separeras i sina beståndsdelar och analyseras via masspektrometri. Komponentlistan genereras ger information om riktigheten av märkning i elektronisk cigarettprodukter och belyser vissa potentiellt skadliga komponenter såsom acetyl propionyl (2,3-pentanedione)27. Medan de komponenter som identifieras i detta experiment inte var kvantifierat, kan kvantifiering utföras av konventionella analytiska tekniker såsom de presenteras i CORESTA CRM8428.

Här har vi presenterat en programmerbar laboratoriet enheten kan generera flytande extrakt från den konventionella cigarett rök eller elektronisk cigarett Aerosolen. Enheten rymmer en mångfald av produktdesign (såsom de ledande kommersiella märkena av elektronisk cigarett) och extraheringen kan anpassas till användaren specifikationer. I detta specifika fall, har vi visat användning av genererade extrakt i en endotelceller livskraft analys; de extrakt som genereras av denna enhet kan dock tillämpas på någon typ av enskild cell befolkningen samt samtidig kultur, explant eller annan in vitro- modell. Dessa utdrag är kompatibla med ett stort antal vanliga biologiska analyser inklusive reaktivt syre arter upptäckt, cell spridning analyser och konventionella immuno-färgning. Dessutom ger förmågan att bryta ner sammansättningen av elektronisk cigarett utdrag via gaskromatografi masspektrometri en utgångspunkt för detaljerade studier av enskilda aerosol komponenter. Denna enhet ger sammantaget en tillgänglig ingång till elektronisk cigarett forskning.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Tobak produkt reglerande vetenskap forskning Fellowship-programmet administreras av Tulane University finansieras av Altria Client Services Regulatory Affairs.

Acknowledgments

Författarna erkänner stöd av Dr. Robert Dotson Tulane University Institutionen för Cell och molekylärbiologi för hans hjälp i redigering manuskriptet och Dr James Bollinger av Tulane University Institutionen för kemi för hans hjälp med masspektrometri protokolldesign. Författarna ytterligare bekräftar de Tulane University Institutionen för Cell och molekylärbiologi och Tulane University Institutionen för kemi för deras stöd och användning av utrymme och utrustning. Detta arbete stöds av en tobak produkt reglerande vetenskap forskning gemenskap till C. Anderson från Tulane University School of Science och 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 mikrokontroller drivs enhet för generering av flytande extrakt från konventionella cigarett rök och elektronisk cigarett 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