ポータブル携帯電話エアロゾルのエクスポー ジャーを実行し細胞応答の測定プロトコルを紹介します。生体内の生理学を模倣した気液界面成長細胞を用いる。銅ナノ粒子エアロゾルに対する細胞の反応は、乳酸脱水素酵素リリースとして細胞毒性および活性酸素種の生成を介して酸化ストレスとして観察されました。
このプロトコル システムが導入されて新しい体外露出、その特性や性能など着用していることができます。大きいとかさばる、フィールドやソースでは排出量の呼吸ゾーン内で操作する輸送を困難に気液界面 (ALI)体外露出システムが多い。を通してこれらのシステムの小型化、研究室は、処理時間を迅速化し、細胞を連絡する前にエアロゾルは変わりませんより適切な露出方法を提供する、フィールドに同伴可能です。ポータブル体外露出カセット (PIVEC)の in vitro毒性試験が伝統的な実験室の設定の外のテストを許可する 37 mm フィルター カセットに適応。重量に基づく堆積効率を決定するため銅ナノ粒子の 3 つのサイズを使って、PIVEC は特徴付けられたと粒子数濃度解析。細胞生存率を維持しながら粒子を入金するシステムの能力を決定する露出した肺細胞の初期細胞毒性実験を行った。利用可能な垂直フローの in vitro露光装置と比較するとき、PIVEC は類似または増加堆積効率を提供します。サンプル スループットの低下にもかかわらず小さなサイズは現在体外アリ露光装置にいくつかの利点を与えます。個人を監視するために着用することが挙げられます、排出量のソースとセットアップ オプションに研究室から移動空間分解能低いユーザーを維持しながら複数のシステム コストします。PIVEC は、フィールドに空気インターフェイスの in vitroモデルに呼吸ゾーン内のエアロゾルを集めることができるシステムです。
培養技術を使用して個人のサンプリングは、職場におけるエアロゾルの生物学的影響に関する包括的な情報を提供できます。1空気中の汚染物質への暴露は、ガスが導入される、細胞懸濁液に、断続的な露出や直接、ロッカーなどのデバイスを使用して湛水条件下で、収集された大気サンプル自体は、化学物質への曝露気液界面 (アリ) で露出。2これらのテクニックの多くは細胞懸濁液やエアロゾルの潜在的な変化のための毒性学的研究に影響を与えることができますそれぞれの露出の前にサンプルのコレクションで栽培されます。3これらの変更を避けるためには、研究室がもたらされることいくつかの in vitroを使用してフィールド4,5,6,7、文献で使用されているアリ文化露光装置 8,9,10、11,12,13しかし、いくつか市販されています。8,9,12これらのシステムは、かさばる、特に温度とサンプル エアロゾルの流量と細胞の環境の湿度を調整する機器を含みます。PIVEC を用いたエアロゾルのエクスポー ジャーまたは実行できます伝統的な実験室の設定の外呼吸ゾーン内吸入条件を真似しながら。
エアロゾル沈着体外の定量は、吸入による健康への影響の調査が重要です。呼吸ゾーン口と鼻、14から 30 cm 以内のエリアはナノ粒子への暴露を理解し、肺での生体影響にリンクするために重要です。2多くの場合、細胞に沈着として定義されます堆積効率粒子上に堆積され、管理システム6,15または同じ金額の単位質量の粒子によって分けられる細胞によってとら。4,16現在の呼吸域におけるエアロゾルの測定方法、フィルターに基づいて、特定のサンプリング期間中の粒子をキャプチャおよびフィルターを使用してさらにテストを実施します。17個人的に監視少ないサンプルのトレードオフに付属している小さなシステムが必要です。
エアロゾルへの曝露の健康影響を判断する方法は多数あります。アリ モデルでエアロゾルの本当の露出のシナリオのように空気を通って細胞に直接投与することは、まだ費用効率が高いと体内のより少ない時間がかかるが、目など空気液体障壁を真似しながら研究皮膚と肺。アリで成長して肺細胞体内の肺上皮、特定の粘液と界面活性剤の生産を含むのような生理学的な特性を作り出す18,19偏光バリア層を生成する能力があります。気管支や肺胞の細胞ライン、繊毛の鼓動、19タイトジャンクショ19,20とセルの分極。18は、毒性試験で測定される細胞の応答に影響を与えることができますこれらのように変更します。21また、アリの in vitroモデルの結果は細胞よりも多くの敏感なサスペンション モデル22を介して公開され、モデル体内急性吸入毒性に.23,24したがって、呼吸ゾーン内で測定を実行することができるアリ露出システムは自然な次のステップです。
エアロゾル放出源に直接細胞を公開すると、すべてのガス、半揮発性化合物や混合物に関与する粒子の効果の調査が行われます。フィルターで収集された混合物は、ガスや揮発性の化合物はキャプチャされず、全体の混合物を調査することはできません。さらに、粉末または液体の懸濁液の粒子の再構成は、集計または液体懸濁液に、解散などの粒子・流体系の相互作用につながります。25,26エアロゾル粒子を液体に追加すると、そこが集積、25,27形成タンパク質コロナ、28や沈着に影響を与えることができる液体の化合物との相互作用の可能性が高いと生物学的反応に影響を与えます。29,30
アリでの露出は、3 主なエアロゾル プロファイルがあり、クラウド整定時間、パラレル フロー、および垂直フローに基づいています。雲のセトリング、空気液体インターフェイス セル露出 (アリス) でを使用、4はバッチ システム粒子が重力とエアロゾルは 1 つのユニットとして扱われます、沈降拡散を介して入金します。平行流、静電エアロゾル体外露出システム (庇)5および多文化露出商工会議所 (MEC) II、によって使用される6流速分布をブラウン運動の追加により成膜が可能です。垂直フロー、microsprayer、7ナノ エアロゾル室体外毒性 (NACIVT)、11商業アリ システム8,9,10,12、によって使用される追加の宿便成膜領域内の粒子。これらの露出システムの多くは、大きくてかさばる、エアロゾル中古エアコン、流れ、ポンプまたは細胞の培養のための部屋を熱するため余分なシステムを必要とします。この大型システムの移植性が低下します。放出源に直接サンプリングではなくこれらのシステムはしばしば解析用に生成されたラボ環境またはモデルのエアロゾルを連れてサンプルを持っています。放出エアロゾルの複雑さは、フィールドから実験室への変換で失われる可能性が。PIVEC は約 460 cm2の表面積を持つ、現在のシステムよりも小さく、移植性の高いデバイスを可能にするシステムに組み込むわずか 60 グラム、熱と湿度制御の重量を量るします。減少のサイズと重量はシステムの着用や露出、ダイレクト サンプリングの許可の元に撮影を許可します。
現在の露光装置の大きさも濃度の空間勾配を調査するためのサンプリングを実行する能力を減少します。この解像度は、キー多くの潜在的な環境と自動車排気粒子状物質や職場活動などの労働災害の毒性学的効果を決定するエアロゾル化が発生します。すぐに後排出粒子濃度の空間的差異になります。これは時間とともに増加粒子が大気中に分散し、これらの効果を変更することができます周囲条件は、温度、圧力、風、太陽などに基づく。年齢し、同様一度放出31,32を酸化して、粒子と分散率を受けます; 地形峡谷、トンネル、分散効果は減速、低濃度を見つけることができますで発見される高濃度分散の大きい区域があります。33分散率のこれらの変更は人間の健康に重大な影響を持つことができます、都市対農村部の設定に住んでいる喘息の大人の数を比較するとき見ることができます。34多く露出システムは、複数のサンプルを一度に提供、複数のシステムが空間分解能を実行するための大型装置の豊富な必要です。
フィールドに演習をさせて、センサーとして全体のセルを使用して、分析の時間を減らすことが。既知の生物学的メカニズムとエンドポイントを次エアロゾル組成とサイズの決定で助けることができます。遅いクリアランス メソッド、粘液線毛クリアランス、貪食能、転流などのため、約生成する酸化ストレス、炎症および細胞死も週3日間は、これらの粒子は細胞と対話頻繁。これらの生物学的エンドポイントは、心血管疾患または慢性閉塞性肺疾患のための不利な結果経路の開始点にすることができます。また、Wiemennらは、短期的体内吸入毒性の文献値と比較する生体外の試金の配列を実行しました。35生体内の反応は、乳酸脱水素酵素リリース、グルタチオン還元と水素過酸化物形成とリリースから潜在的な炎症と酸化ストレスによる細胞毒性をテストから 4 つの肯定的な結果の 2 つの予測されました。腫瘍壊死因子アルファ遺伝子。10 ナノ金属酸化物テストからテスト 6 アクティブ (酸化チタン、酸化亜鉛、4 つの異なるセリウム)生体内で確認エクスポー ジャーの培養を用いたします。
職業環境におけるエアロゾルの効果を研究するためには、私たちの研究室は、フィールドにおけるエクスポー ジャーについて PIVEC を開発しました。さらに、監視し 37 mm フィルター カセット36のような吸入暴露を調べる個人サンプリングのため、PIVEC を着用することができます。 または指定された領域内の空間分解能を達成するために複数のシステムを使用できます。このプロトコルでは、特性と、PIVEC の使用を説明します。暴露後生物学的効果は, 細胞毒性の試金を観察します。
フィルター カセット呼吸ゾーンにおけるエアロゾルの収集のシンプルで安価な方法を提供します。ただし、フィルターから抽出されたエアロゾル試料全体のエアロゾル (すなわち気体、揮発性物質、及び粒子) を表す、その結果の関連の生物学的影響評価を制限します。37 mm フィルター カセットの初期設計を使用すると、移植性を維持し、吸入からの粒子の生体内沈着を模倣する、PIVE…
The authors have nothing to disclose.
著者は、ボリス ・ Solomonov、ラピッドプロトタイピング デバイスのヘルプについてバージニア州連邦革新マシン ショップに感謝したいと思います。著者も Lewinski グループのクリスティアン ・ ロメロ-フエンテス、博士 Vitaliy Avrutin、博士ディミートリ ・ Pestov、バージニア州連邦ナノ コア評価施設彼らの助けの粒子特性評価とを感謝したいと思います。この作品は、バージニア ・ コモンウェルス大学工学部博士 Lewinski に供給したスタートアップ資金によって支えられました。
Scanning mobility particle sizer (SMPS) | TSI, Inc. | 3910 | NanoSMPS |
Optical particle sizer (OPS) | TSI, Inc. | 3330 | |
Stainless Steel Pipe, 4" Long | McMaster-Carr | 4830K116 | Standard-Wall 304/304L, Threaded on Both Ends, 1/8 Pipe Size |
Brass Ball Valve with Lever Handle | McMaster-Carr | 4112T12 | Compact High-Pressure Rating, 1/8 NPT Female |
Steel Pipe, 2" Long | McMaster-Carr | 7753K121 | Standard Wall, Threaded on One End, 1/8 Pipe Size |
HEPA filter | GE Healthcare | 09-744-12 | HEPA-Cap Disposable Air Filtration Capsule |
Vacuum Generator | PISCO USA | VCH10-018C | |
PIVEC | VCU | For design please contact authors | |
Resistive heater | |||
1/4" barbed connectors | Zefon International, Inc. | 459743 | |
Porous tubing | Scientific Commodities, Inc. | BB2062-1814A | Hydrophilic 10 um pores |
Battery power bank | |||
Cell culture insert | Fisherbrand | 353095 | 24 well plate insert |
Filter Forceps | Fisherbrand | 09-753-50 | |
Transfer Pipette | ThermoScientific | 13-711-27 | |
Glass Fiber Filters | SKC | 225-7 | Binder-Free Type AE Filter 37 MM 1.00 um pore |
Ultra Micro Balance | A&D | BM-22 | Housed in environmental chamber |
37 mm filter cassette | SKC | 225-3250 | Filter Cassette Blank, 37 mm, Clear Styrene |
Variable flow vacuum pump | SKC | 220-5000TC | AirChek TOUCH, 5 to 5000 mL/min |
Copper Particles | U.S. Research Materials, Inc. | US1090 | 40 nm |
Copper Particles | U.S. Research Materials, Inc. | US1088 | 100 nm |
Copper Particles | U.S. Research Materials, Inc. | US1117M | 800 nm |