Lista de los reconocimientos y las fuentes de financiación. NIH-ES015022 y ES018274 (TRN) Acuerdo NSF-1003907 Cooperativa (VCM)

Los procedimientos de operación de todo el cuerpo por inhalación de nanopartículas de exposición paso a paso se describen a continuación. Nota: 1) los pasos 1 y 3 deben realizarse en una campana extractora, 2) los operadores deben llevar equipo de protección personal adecuado (respiradores, gafas protectoras y guantes de goma). 1. Acondicionado de nanopartículas de TiO2 en polvo seco <ol><li> Coloque polvos nano-TiO2 en un envase no transparente. </li><li> Deje la tapa del recipiente abierto. </li><li> Coloque el recipiente en el desecador se seque por lo menos 24 horas para el acondicionamiento. </li></ol> 2. El calentamiento de Adquisición de Datos y Control, SMPS y ELPI y todos los transductores <ol><li> Encienda el monitoreo del aire y el sistema de adquisición de datos y conmutadores de potencia para SMPS control aerosol (TSI Inc., Shoreview, MN) y ELPI (Dekati, Tampere, Finlandia), y calentar los sistemas durante al menos 1 hora. </li><li> Encienda la alimentacióninterruptores en todos los transductores para calentarlos durante al menos 1 hora. </li></ol> 3. Carga de nanopartículas de TiO2 en polvo seco en generadores de aerosoles <ol><li> Abra las tapas de cilindros de los generadores de aerosoles, y reemplazar los filtros de los generadores de aerosoles. Nota: Un generador de aerosol tiene un cilindro. El número de generadores de aerosoles a utilizar depende de la concentración de masa deseada de las partículas en la cámara de la exposición. </li><li> Pesar ~ 4 g de polvos nano-TiO2 y cargarlos en cada cilindro. </li><li> Reemplace las tapas de cilindros. </li><li> Todas las zonas sospechosas de contaminación TiO2 debe limpiarse mojado. </li></ol> 4. Conexión de generadores de aerosoles a la Cámara de exposición Inhalación <ol><li> Conectar todas las salidas de los generadores de aerosoles a través de un colector a un separador de ciclón que está en la entrada de la cámara de la exposición por inhalación (TSE Systems GmbH, Bad Homburg, Alemania). </li><li> Conecte el tubo de aire comprimido paralos dispersores de Venturi en los generadores de aerosoles. </li></ol> 5. Conexión de Monitoreo del Aire y sumideros de muestreo de aerosoles a la Cámara de exposición Inhalación <ol><li> Conecte la temperatura y la humedad relativa (HR), la presión de O 2 y CO 2 sensores suministrados por el TSE Systems para probar los puertos de vigilancia atmosférica en la cámara de la exposición por inhalación. </li><li> Conectar la entrada de un dispositivo de dilución de aerosol a uno de los puertos de toma de muestras de aerosol en la cámara de exposición a la inhalación, y a continuación, conectar su salida a la entrada de la ELPI. </li><li> Conectar SMPS a uno de los puertos de toma de muestras de aerosol en la cámara de la exposición por inhalación. </li><li> Conectar la entrada de un monitor de concentración de partículas (TSE Systems) a uno de los puertos de toma de muestras de aerosol en la cámara de exposición. </li><li> Pesar PTFE filtro de membrana (P / N 66149, Pall Corporation, Ann Arbor, Michigan) y cargar el filtro en un soporte de filtro de acero inoxidable (productos A-Tox, Moriarty NM). </li><li> Conectar la entrada deel soporte del filtro de acero inoxidable con un pre-filtro de pesado a uno de los puertos de toma de muestras de aerosol en la cámara de exposición a la inhalación, y conectar su salida a una bomba de muestreo. </li></ol> 6. Activar los sistemas de adquisición de datos <ol><li> Activar el software de adquisición de datos ELPI, ELPIVI, compruebe los parámetros de configuración, y encienda la bomba de lavado de ~ 5 minutos y luego se cero la ELPI. La concentración previa a la exposición Record. </li><li> Activar el software de adquisición de datos SMPS. La concentración previa a la exposición Record. </li><li> Software Activate, Daco (TSE Systems), para supervisar y controlar el caudal de aire, la temperatura y presión de la cámara de humedad relativa, temperatura y humedad relativa, O 2 y CO 2. </li></ol> 7. Carga de los animales de experimentación en la cámara de exposición Inhalación <ol><li> Pesar los animales de experimentación. </li><li> Marque los animales de experimentación y jaulas para que los animales pueden volver a colocarse en las mismas jaulas después de la exposición si needed. </li><li> Abra la puerta de la cámara de inhalación, y cargar los animales de experimentación en las jaulas de cable. </li><li> El agua puede ser proporcionada para los animales. </li><li> Cierre y asegure la puerta de la cámara de la exposición por inhalación. </li><li> Observe con frecuencia los animales a través de las ventanas de observación de la cámara de exposición a las señales de peligro. Los animales deben estar relajados y comportarse normalmente. Acabar con la exposición si la rápida / dificultad para respirar, la apariencia anormal, alteraciones posturales o inmovilidad se observan. Quite los animales, devolverlos a sus jaulas originales, póngase en contacto con asistencia veterinaria y / o iniciar adecuada Cuidado de Animales institucional y el empleo los procedimientos del Comité. </li></ol> Nota: Los operadores deben llevar equipo de protección personal al realizar los pasos 8.7, 8.8 y 8.17. 8. La exposición de Pequeños Animales de aerosoles de nanopartículas <ol><li> Encienda la bomba de vacío de escape de la cámara de la exposición por inhalación. </li><li>Ejecutar el software de adquisición de datos, Daco, a: a) suministrar aire seco filtrado a la cámara de exposición, b) controlar la presión en la cámara de exposición, y c) recoger los datos de la exposición del medio ambiente, tales como la presión, temperatura, humedad relativa, O 2 y CO 2. </li><li> Establecer una presión ligeramente negativa (punto = -0,2 mbar) en la cámara de presión. </li><li> Encienda los generadores de aerosoles. </li><li> Ejecutar ELPI y el software de adquisición de datos SMPS para monitorear continuamente tamaño de partícula y la concentración de masa relativa en la cámara de la exposición por inhalación. </li><li> Cuando la concentración de aerosol es estable, es decir, el perfil de concentración en ELPI pantalla alcanzó meseta (Normalmente, esta toma 20 minutos después de los generadores de aerosoles están en operación), creado en el tiempo de muestreo (por ejemplo, 1 hora) y encienda el muestreo de aerosoles la bomba para recoger muestra representativa de las nanopartículas con filtros. </li><li> Una vez alcanzado el tiempo de muestreo, quite los filtros y conectar la sampling puertos con tapones de goma para evitar que los materiales de prueba se escape de la cámara de exposición. </li><li> Pesar los filtros, y calcular la concentración media de la masa en la cámara de exposición como se describió anteriormente. </li><li> Si la concentración media es de la concentración específica, ajustar manualmente el flujo de aire en los generadores para asegurar que se alcanza la concentración objetivo. </li><li> Calcular la deposición de partículas en los pulmones de animales como D = C x V m xtx F r, donde D = dosis, C = concentración de masa media de material de ensayo, V m = volumen minuto, t = duración de la exposición, y F r = fracción de materiales que se deposita o se absorbe. </li><li> Vuelva a colocar los filtros en los portafiltros con filtros limpios, pre-ponderados y repita los pasos 8.6 y 8.8. </li><li> Sobre la base de la concentración en masa real de la cámara de la exposición y la deposición de partículas específica en los pulmones de animales, estimar la exp restantetiempo osure como, t permanecen = (D dirigido-D) / (C x V x F r m), donde permanecen siendo t = duración de la exposición, D = dosis específica dirigida, C = concentración media de masa de material de prueba, V m = Volumen minuto, F r = fracción de material que se deposita o se absorbe. </li><li> Apague el generador de aerosol cuando t quedan se alcanza. </li><li> Antes de retirar los animales de la cámara de exposición, enjuagar la cámara de la exposición por inhalación con el aire filtrado hasta que la concentración de partículas se indica en el monitor está cerca de la concentración de partículas antes de la exposición en la cámara. </li><li> Apague la bomba de vacío de escape cámara. </li><li> Detener software de adquisición de datos, Daco. </li><li> Después de la exposición, observar a los animales para comprobar la respiración y el comportamiento normal, y el documento que ninguna otra complicación estudio exist. Si se observa secreción nasal, dificultad respiratoria u otras complicaciones de bienestar animal, póngase en contacto con asistencia veterinaria y / o iniciar su caso de Cuidado de Animales institucional y el empleo los procedimientos del Comité. </li><li> Detener ELPI y software de adquisición de datos SMPS. </li></ol> 9. Creación de informe de prueba 9.1 Condiciones de ensayo incluyen <ol><li> Descripción del sistema de generación de aerosol y sus parámetros de funcionamiento utilizado en esta prueba. </li><li> Descripción del dispositivo de exposición, incluidos diseño, tipo, dimensiones y sus parámetros de funcionamiento durante la exposición. </li><li> Equipo para la medición de temperatura, humedad, tamaño de partícula, y la concentración real. </li><li> Tratamiento del aire de salida y el método de albergar a los animales en la cámara de ensayo utilizado. </li></ol> 9.2 datos de la atmósfera de exposición incluyen <ol><li> Las tasas de flujo de aire a través del dispositivo de inhalación. </li><li> Temperatura y humedad deel aire. </li><li> Concentración real (analítica o gravimétrico) en la zona de muestreo de aerosoles que está cerca de las jaulas de los animales. </li><li> Distribución de tamaño de partículas, y el recuento calculado diámetro aerodinámico mediano y la desviación estándar geométrica. </li><li> Explicación de por qué la concentración en la cámara deseada y / o tamaño de las partículas no se puede lograr (si es aplicable), y los esfuerzos realizados para cumplir con estos aspectos de las directrices. </li></ol> 9.3 Otros <ol><li> Un poco de presión negativa en las instalaciones de inhalación que contiene habitación se debe mantener para evitar que los materiales de prueba se escape laboratorio de la exposición por inhalación. </li><li> Limpiar la cámara de exposición diaria para eliminar las influencias de los residuos de origen animal. </li><li> ELPI, SMPS y otros instrumentos deben ser limpiados y calibrados en base a los manuales de usuario. </li></ol>

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	<li>Bide, R. W., Armour, S. J., Yee, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Allometric+respiration/body+mass+data+for+animals+to+be+used+for+estimates+of+inhalation+toxicity+to+young+adult+humans.">Allometric respiration/body mass data for animals to be used for estimates of inhalation toxicity to young adult humans.</a> J. Appl. Toxicol. 20 (4), 273-290 (2000).</li><li>Guyton, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+respiratory+patterns+in+laboratory+animals.">Analysis of respiratory patterns in laboratory animals.</a> Am. J. Physiol. 150, 70-77 (1947).</li><li>Knuckles, T. L., Yi, J., Frazer, D. G., Leonard, H. D., Chen, B. T., Castranova, V., Nurkiewicz, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoparticle+inhalation+alters+systemic+arteriolar+vasoreactivity+through+sympathetic+and+cyclooxygenase-mediated+pathways.">Nanoparticle inhalation alters systemic arteriolar vasoreactivity through sympathetic and cyclooxygenase-mediated pathways.</a> Nanotoxicology. , 1-12 (2011).</li><li>Pauluhn, J., Mohr, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Repeated+4-week+inhalation+exposure+of+rats:+effect+of+low-,+intermediate,+and+high-humidity+chamber+atmosphere.">Repeated 4-week inhalation exposure of rats: effect of low-, intermediate, and high-humidity chamber atmosphere.</a> Exp. Toxic Pathol. , 178-187 (1999).</li><li>Schmoll, L. H., Elzey, S., Grassian, V. H., O'Shaughnessy, P. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoparticle+aerosol+generation+methods+from+bulk+powders+for+inhalation+exposure+studies.">Nanoparticle aerosol generation methods from bulk powders for inhalation exposure studies.</a> Nanotoxicology. 3, 265-275 (2009).</li><li>To, D., Yin, X., Sundaresan, S., Dave, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deagglomeration+of+nano-particle+aggregates+via+rapid+expansion+of+high+pressure+suspensions.">Deagglomeration of nano-particle aggregates via rapid expansion of high pressure suspensions.</a> AIChE J. 55 (11), 2756-3032 (2009).</li><li>U.S. Environmental Protection Agency (US EPA). <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Health+effects+test+guidelines:+OPPTS.,+870.1300.+Acute+inhalation+toxicity.">Health effects test guidelines: OPPTS., 870.1300. Acute inhalation toxicity.</a> EPA. , 712-C-98-193 (1998).</li><li>Wong, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+feedback+control+of+an+inhalation+exposure+system+with+discrete+sampling+intervals:+testing,+performance,+and+modeling.">Automated feedback control of an inhalation exposure system with discrete sampling intervals: testing, performance, and modeling.</a> Inhal. Toxicol. 15, 729-743 (2003).</li><li>Wong, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inhalation+Exposure+Systems:+Design,+Methods+and+Operation.">Inhalation Exposure Systems: Design, Methods and Operation.</a> Toxicologic Pathology. 35, 3-14 (2007).</li><li>Yi, J., Nurkiewicz, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoparticle+Aerosol+Generator.">Nanoparticle Aerosol Generator.</a> US patent. , (2011).</li></ol>

Los resultados y conclusiones de este informe son las de los autores y no representan necesariamente la opinión del Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional. La mención de nombres o productos de la empresa no implica reconocimiento alguno por parte de NIOSH, ni tampoco implica que los productos alternativos no están disponibles, o no puede ser sustituido después de una evaluación adecuada.

Nos hemos reunido y descrito aquí, en un sistema de exposición de todo el cuerpo por inhalación de aerosoles de nanopartículas. La funcionalidad del sistema se validó con técnicas de caracterización de aerosoles de nanopartículas estado-of-the-art. Con un nuevo sistema de generación de aerosol de nanopartículas, este sistema de exposición a la inhalación se puede proporcionar un bien caracterizado, atmósfera de ensayo de aerosol de nanopartículas controlada y uniforme con la temperatura relativamente const...

<table border="1">
		<tbody>
		 <tr>
			<td>Name of Reagent/Material</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Inhalation exposure system</td>
			<td>TSE Systems GmbH, Bad Homburg, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Air monitoring system</td>
			<td>TSE Systems GmbH, Bad Homburg, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Titanium dioxide Aeroxide P25</td>
			<td>Evonik, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Scanning mobility particle sizer-3936L75</td>
			<td>TSI Inc., Shoreview, MN</td>
			<td></td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Electric low pressure impactor, Standard 10 LPM</td>
			<td>Dekati, Tampere, Finland</td>
			<td></td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Ultra Micro Balance, XP2U</td>
			<td>METTLER TOLEDO, Switzerland</td>
			<td></td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Field Emission Scanning Electron Microscope-S-4800</td>
			<td>Hitachi, Japan</td>
			<td></td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Energy dispersive X-ray analysis </td>
			<td>Princeton Gamma-Tech, Rocky Hill, N.J.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Nuclepore polycarbonate filters </td>
			<td>Whatman, Clinton, PA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>PTFE membrane filters </td>
			<td>Pall corporation, Ann Arbor, Michigan </td>
			<td></td>
			<td></td>
		 </tr>
		</tbody>
 </table>

whole-body nanoparticle aerosol inhalation exposures

La inhalación es la ruta de exposición más probable para las personas que trabajan con aerosolizable ingeniería nanomateriales (ENM). Para llevar a cabo correctamente las nanopartículas estudios de toxicología de inhalación, los aerosoles en una carcasa de cámara de los animales de experimentación deben tener: 1) una concentración constante mantenida a un nivel deseado para todo el período de exposición; 2) una composición homogénea libre de contaminantes, y 3) un establo distribución de tamaño con un diámetro medio geométrico &lt;200 nm y una desviación geométrica estándar σ g &lt;2,5 5. La generación de aerosoles que contienen nanopartículas es todo un reto porque las nanopartículas fácilmente aglomerado. Esto se debe en gran parte a las fuerzas entre las partículas muy fuertes y la formación de grandes estructuras fractales en decenas o cientos de micras de tamaño 6, que son difíciles de ser roto. Varios generadores de aerosoles comunes, como los nebulizadores, lechos fluidizados, aspiradores Venturi y la alimentación de polvo Wright, quevolver a prueba, sin embargo, ninguno fue capaz de producir aerosoles de nanopartículas que satisfacen todos los criterios 5. Un sistema de exposición a la inhalación de aerosoles de nanopartículas de todo el cuerpo se fabricó, validada y utilizada para la nano-TiO2 estudios de toxicología de inhalación. Los componentes fundamentales: 1) la novela nano-TiO2 generador aerosol, 2) 0,5 m 3 de todo el cuerpo-cámara de inhalación, y 3) del monitor y el sistema de control. Nano-TiO 2 aerosoles generados a partir de polvos secos 2 nano-TiO granel (diámetro principal de 21 nm, la densidad aparente de 3,8 g / cm 3) se dieron en la cámara de exposición a un caudal de 90 LPM (10,8 cambios de aire / hora) . Perfiles de concentración y distribución de masa del tamaño de partícula se midieron continuamente con un medidor de la movilidad de las partículas de escaneado (SMPS), y un impactador de baja presión eléctrica (ELPI). La concentración de masa de aerosol (C) se verificó por gravimetría (mg / m 3). La masa (M) De las partículas recogidas se determinó como M = (M poste de pre-M), donde M pre y post M son masas del filtro antes y después del muestreo (mg). La concentración en masa se ​​calcula como C = M / (Q * t), donde Q es el muestreo de caudal (m 3 / min), y t es el tiempo de muestreo (minutos). La cámara de presión, temperatura, humedad relativa (HR), O 2 y CO 2 concentraciones fueron monitoreados y controlados continuamente. Nano-TiO 2 aerosoles captados en filtros Nuclepore se analizaron con un microscopio electrónico de barrido (SEM) y el análisis dispersivo de rayos X (EDX) de energía. En resumen, nos informan de que los aerosoles de nanopartículas generada y entregada a nuestra cámara de exposición que: 1) la concentración de masa constante, 2) la composición homogénea libre de contaminantes, y 3) la distribución de tamaño de partículas estables con un aerody recuento mediodiámetro námica de 157 nm durante la generación de aerosoles. Este sistema crea de forma fiable y en varias ocasiones atmósferas de prueba que simulan, exposiciones aerosol ENM ambientales o nacionales ocupacionales.

Un estudio de la exposición por inhalación típicamente implica el mantenimiento de un animal experimental en un entorno de prueba conocido y constante, mientras que la exposición del animal de experimentación a una concentración definida de un material de ensayo 8,9. El sistema de exposición a la inhalación de nanopartículas de todo el cuerpo se muestra en la Figura 1. La cámara de todo el cuerpo se gestionará en régimen de flujo dinámico, donde hubo un flujo continuo de 90 LPM d...

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Whole-Body Nanoparticle Aerosol Inhalation Exposures

Una instalación de la exposición por inhalación de aerosoles de nanopartículas de todo el cuerpo se construye para el dióxido de titanio de tamaño nanométrico (TiO<sub&gt; 2</sub&gt;) Estudios de toxicología de inhalación. Este sistema proporciona nano-TiO<sub&gt; 2</sub&gt; Atmósferas de prueba de aerosol que tienen: 1) una concentración constante de masa; 2) una composición homogénea libre de contaminantes, y 3) una distribución de tamaño de partícula estable durante la generación de aerosoles.

Whole-Body nanopartículas exposición por inhalación de aerosoles

Inhalation is the most likely exposure route for individuals working with aerosolizable engineered nano-materials (ENM). To properly perform nanoparticle ...

whole-body-nanoparticle-aerosol-inhalation-exposures

Research

JoVE Journal

Biology

15.7K vistas.  West Virginia University. Una instalación de la exposición por inhalación de aerosoles de nanopartículas de todo el cuerpo se construye para el dióxido de titanio de tamaño nanométrico (TiO 2) Estudios de toxicología de inhalación. Este sistema proporciona nano-TiO 2 Atmósferas de prueba de aerosol que tienen: 1) una concentración constante de masa; 2) una composición homogénea libre de contaminantes, y 3) una distribución de tamaño de partícula es...

Video: Whole-Body Nanoparticle Aerosol Inhalation Exposures

Measuring Respiratory Function in Mice Using Unrestrained Whole-body Plethysmography

Respiratory dysfunction is one of the leading causes of morbidity and mortality in the world and the rates of mortality continue to rise. Quantitative assessment of lung function in rodent models is an important tool in the development of future therapies. Commonly used techniques for assessing respiratory function including invasive plethysmography and forced oscillation. While these techniques provide valuable information, data collection can be fraught with artefacts and experimental variability due to the need for anesthesia and/or invasive instrumentation of the animal. In contrast, unrestrained whole-body plethysmography (UWBP) offers a precise, non-invasive, quantitative way by which to analyze respiratory parameters. This technique avoids the use of anesthesia and restraints, which is common to traditional plethysmography techniques. This video will demonstrate the UWBP procedure including the equipment set up, calibration and lung function recording. It will explain how to analyze the collected data, as well as identify experimental outliers and artefacts that results from animal movement. The respiratory parameters obtained using this technique include tidal volume, minute volume, inspiratory duty cycle, inspiratory flow rate and the ratio of inspiration time to expiration time. UWBP does not rely on specialized skills and is inexpensive to perform. A key feature of UWBP, and most appealing to potential users, is the ability to perform repeated measures of lung function on the same animal.

The assessment of respiratory physiology has traditionally relied upon techniques, which require restraint or sedation of the animal. Unrestrained whole-body plethysmography, however, provides precise, non-invasive, quantitative analysis of respiratory physiology in animal models. In addition, the technique allows repeated respiratory assessment of mice allowing for longitudinal studies.

Medición de la función respiratoria en ratones usando irrestricta pletismografía corporal total

Respiratory dysfunction is one of the leading causes of morbidity and mortality in the world and the rates of mortality continue to rise. Quantitative ...

Investigación

Biología

Chitosan/Interfering RNA Nanoparticle Mediated Gene Silencing in Disease Vector Mosquito Larvae

Vector mosquitoes inflict more human suffering than any other organism&#8212;and kill more than one million people each year. The mosquito genome projects facilitated research in new facets of mosquito biology, including functional genetic studies in the primary African malaria vector Anopheles gambiae and the dengue and yellow fever vector Aedes aegypti. RNA interference- (RNAi-) mediated gene silencing has been used to target genes of interest in both of these disease vector mosquito species. Here, we describe a procedure for preparation of chitosan/interfering RNA nanoparticles that are combined with food and ingested by larvae. This technically straightforward, high-throughput, and relatively inexpensive methodology, which is compatible with long double stranded RNA (dsRNA) or small interfering RNA (siRNA) molecules, has been used for the successful knockdown of a number of different genes in A. gambiae and A. aegypti larvae. Following larval feedings, knockdown, which is verified through qRT-PCR or in situ hybridization, can persist at least through the late pupal stage. This methodology may be applicable to a wide variety of mosquito and other insect species, including agricultural pests, as well as other non-model organisms. In addition to its utility in the research laboratory, in the future, chitosan, an inexpensive, non-toxic and biodegradable polymer, could potentially be utilized in the field.

Here we describe a procedure for inhibiting gene function in disease vector mosquitoes through the use of chitosan/interfering RNA nanoparticles that are ingested by larvae.

El quitosano / ARN de interferencia mediada por nanopartículas silenciamiento génico en la enfermedad vectorial larvas de mosquitos

Vector mosquitoes inflict more human suffering than any other organism&#8212;and kill more than one million people each year. The mosquito genome projects ...

A Method for Selecting Structure-switching Aptamers Applied to a Colorimetric Gold Nanoparticle Assay

Small molecules provide rich targets for biosensing applications due to their physiological implications as biomarkers of various aspects of human health and performance. Nucleic acid aptamers have been increasingly applied as recognition elements on biosensor platforms, but selecting aptamers toward small molecule targets requires special design considerations. This work describes modification and critical steps of a method designed to select structure-switching aptamers to small molecule targets. Binding sequences from a DNA library hybridized to complementary DNA capture probes on magnetic beads are separated from nonbinders via a target-induced change in conformation. This method is advantageous because sequences binding the support matrix (beads) will not be further amplified, and it does not require immobilization of the target molecule. However, the melting temperature of the capture probe and library is kept at or slightly above RT, such that sequences that dehybridize based on thermodynamics will also be present in the supernatant solution. This effectively limits the partitioning efficiency (ability to separate target binding sequences from nonbinders), and therefore many selection rounds will be required to remove background sequences. The reported method differs from previous structure-switching aptamer selections due to implementation of negative selection steps, simplified enrichment monitoring, and extension of the length of the capture probe following selection enrichment to provide enhanced stringency. The selected structure-switching aptamers are advantageous in a gold nanoparticle assay platform that reports the presence of a target molecule by the conformational change of the aptamer. The gold nanoparticle assay was applied because it provides a simple, rapid colorimetric readout that is beneficial in a clinical or deployed environment. Design and optimization considerations are presented for the assay as proof-of-principle work in buffer to provide a foundation for further extension of the work toward small molecule biosensing in physiological fluids.

A protocol is provided to select structure-switching aptamers for small molecule targets based on a tunable stringency magnetic bead selection method. Aptamers selected with structure-switching properties are beneficial for assays that require a conformational change to signal the presence of a target, such as the described gold nanoparticle assay.

Un método para la selección de aptámeros Estructura de conmutación Aplicado a una de nanopartículas de oro ensayo colorimétrico

Small molecules provide rich targets for biosensing applications due to their physiological implications as biomarkers of various aspects of human health ...

Design and Development of Aptamer&#8211;Gold Nanoparticle Based Colorimetric Assays for In-the-field Applications

The design and development of an aptamer&#8211;gold nanoparticle (AuNP) colorimetric assay for the detection of small molecules for in-the-field applications was examined. Target selective AuNP based color assays have been developed in controlled proof-of-concept laboratory settings. However, these schemes have not been exerted to a point of failure to determine their practical use beyond laboratory settings. This work describes a generic approach to design, develop, and troubleshoot an aptamer-AuNP colorimetric assay for small molecule analytes and using the assay for in-the-field settings. The assay is advantageous because adsorbed aptamers passivate the nanoparticle surfaces and provide a means to reduce and eliminate false positive responses to non-target analytes. Transitioning this system to practical uses required defining not only the shelf-life of the aptamer-AuNP assay, but establishing methods and procedures for extending the long-term storage capabilities. Also, one of the recognized concerns with colorimetric readout is the burden placed on analysts to accurately identify often subtle changes in color. To lessen the responsibility on analysts in the field, a color analysis protocol was designed to perform the color identification duties without the need for performing this task on laboratory grade equipment. The method for creating and testing the data analysis protocol is described. However to understand and influence the design of adsorbed aptamer assays, the interactions associated with the aptamer, target, and AuNPs require further study. The knowledge gained could lead to tailoring aptamers for improved functionality.

The design and development of an aptamer&#8211;gold nanoparticle colorimetric assay for the detection of small molecules for in-the-field applications was examined. Additionally, a smart-device colorimetric application (app) was validated and long-term storage of the assay was established for use in the field.

Diseño y Desarrollo de aptámeros y oro nanopartículas basados ​​en ensayos colorimétricos para aplicaciones en-el-campo

The design and development of an aptamer&#8211;gold nanoparticle (AuNP) colorimetric assay for the detection of small molecules for in-the-field ...

An Air-liquid Interface Bronchial Epithelial Model for Realistic, Repeated Inhalation Exposure to Airborne Particles for Toxicity Testing

For toxicity testing of airborne particles, air-liquid interface (ALI) exposure systems have been developed for in vitro tests in order to mimic realistic exposure conditions. This puts specific demands on the cell culture models. Many cell types are negatively affected by exposure to air (e.g., drying out) and only remain viable for a few days. This limits the exposure conditions that can be used in these models: usually relatively high concentrations are applied as a cloud (i.e., droplets containing particles, which settle down rapidly) within a short period of time. Such experimental conditions do not reflect realistic long-term exposure to low concentrations of particles. To overcome these limitations the use of a human bronchial epithelial cell line, Calu-3 was investigated. These cells can be cultured at ALI conditions for several weeks while retaining a healthy morphology and a stable monolayer with tight junctions. In addition, this bronchial model is suitable for testing the effects of repeated exposures to low, realistic concentrations of airborne particles using an ALI exposure system. This system uses a continuous airflow in contrast to other ALI exposure systems that use a single nebulization producing a cloud. Therefore, the continuous flow system is suitable for repeated and prolonged exposure to airborne particles while continuously monitoring the particle characteristics, exposure concentration, and delivered dose. Taken together, this bronchial model, in combination with the continuous flow exposure system, is able to mimic realistic, repeated inhalation exposure conditions that can be used for toxicity testing.

Described is the cell culture and exposure method of an in vitro bronchial model for realistic, repeated inhalation exposure to particles for toxicity testing.

Un modelo epitelial bronquial de interfaz aire-líquido para la exposición realista y repetida por inhalación a partículas en el aire para pruebas de toxicidad

For toxicity testing of airborne particles, air-liquid interface (ALI) exposure systems have been developed for in vitro tests in order to mimic realistic ...

Dosimetry for Cell Irradiation using Orthovoltage (40-300 kV) X-Ray Facilities

The importance of dosimetry protocols and standards for radiobiological studies is self-evident. Several protocols have been proposed for dose determination using low energy X-ray facilities, but depending on the irradiation configurations, samples, materials or beam quality, it is sometimes difficult to know which protocol is the most appropriate to employ. We, therefore, propose a dosimetry protocol for cell irradiations using low energy X-ray facility. The aim of this method is to perform the dose estimation at the level of the cell monolayer to make it as close as possible to real cell irradiation conditions. The different steps of the protocol are as follows: determination of the irradiation parameters (high voltage, intensity, cell container etc.), determination of the beam quality index (high voltage-half value layer couple), dose rate measurement with ionization chamber calibrated in air kerma conditions, quantification of the attenuation and scattering of the cell culture medium with EBT3 radiochromic films, and determination of the dose rate at the cellular level. This methodology must be performed for each new cell irradiation configuration as the modification of only one parameter can strongly impact the real dose deposition at the level of the cell monolayer, particularly involving low energy X-rays.

Dosimetry for Cell Irradiation using Orthovoltage 40-300 kV X-Ray Facilities

This document describes a new dosimetry protocol for cell irradiations using low energy X-ray equipment. Measurements are performed in conditions simulating real cell irradiation conditions as much as possible.

Dosimetría para irradiación celular mediante instalaciones de rayos X de ortovoltaje (40-300 kV)

The importance of dosimetry protocols and standards for radiobiological studies is self-evident. Several protocols have been proposed for dose ...

Construction of a Realistic, Whole-Body, Three-Dimensional Equine Skeletal Model using Computed Tomography Data

Therapies based upon whole-body biomechanical assessments are successful for injury prevention and rehabilitation in human athletes. Similar approaches have rarely been used to study equine athletic injury. Degenerative osteoarthritis caused by mechanical stress can originate from chronic postural dysfunction, which, because the primary dysfunction is often distant from the site of tissue injury, is best identified through modeling whole-body biomechanics. To characterize whole-body equine kinematics, a realistic skeletal model of a horse was created from equine computed tomography (CT) data that can be used for functional anatomical and biomechanical modeling. Equine CT data were reconstructed into individual three-dimensional (3D) data sets (i.e., bones) using 3D visualization software and assembled into a complete 3D skeletal model. The model was then rigged and animated using 3D animation and modeling software. The resulting 3D skeletal model can be used to characterize equine postures associated with degenerative tissue changes as well as to identify postures that reduce mechanical stress at the sites of tissue injury. In addition, when animated into 4D, the model can be used to demonstrate unhealthy and healthy skeletal movements and can be used to develop preventative and rehabilitative individualized therapies for horses with degenerative lamenesses. Although the model will soon be available for download, it is currently in a format that requires access to the 3D animation and modeling software, which has quite a learning curve for new users. This protocol will guide users in (1) developing such a model for any organism of interest and (2) using this specific equine model for their own research questions.

The purpose of this protocol is to describe the method of creation of a realistic, whole-body, skeletal model of a horse that can be used for functional anatomical and biomechanical modeling to characterize whole-body mechanics.

Construcción de un modelo esquelético equino tridimensional realista, de cuerpo entero utilizando datos de tomografía computarizada

Therapies based upon whole-body biomechanical assessments are successful for injury prevention and rehabilitation in human athletes. Similar approaches ...

Nanoparticle Tracking Analysis for the Quantification and Size Determination of Extracellular Vesicles

The physiological and pathophysiological roles of extracellular vesicles (EVs) have become increasingly recognized, making the EV field a quickly evolving area of research. There are many different methods for EV isolation, each with distinct advantages and disadvantages that affect the downstream yield and purity of EVs. Thus, characterizing the EV prep isolated from a given source by a chosen method is important for interpretation of downstream results and comparison of results across laboratories. Various methods exist for determining the size and quantity of EVs, which can be altered by disease states or in response to external conditions. Nanoparticle tracking analysis (NTA) is one of the prominent technologies used for high-throughput analysis of individual EVs. Here, we present a detailed protocol for quantification and size determination of EVs isolated from mouse perigonadal adipose tissue and human plasma using a breakthrough technology for NTA representing major advances in the field. The results demonstrate that this method can deliver reproducible and valid total particle concentration and size distribution data for EVs isolated from different sources using different methods, as confirmed by transmission electron microscopy. The adaptation of this instrument for NTA will address the need for standardization in NTA methods to increase rigor and reproducibility in EV research.

We demonstrate how to use a novel nanoparticle tracking analysis instrument to estimate the size distribution and total particle concentration of extracellular vesicles isolated from mouse perigonadal adipose tissue and human plasma.

Análisis de seguimiento de nanopartículas para la cuantificación y determinación del tamaño de vesículas extracelulares

The physiological and pathophysiological roles of extracellular vesicles (EVs) have become increasingly recognized, making the EV field a quickly evolving ...

Eficacia antimicrobiana de los tejidos nano-herbales

An Antimicrobial Fabric Using Nano-Herbal Encapsulation of Essential Oils

Lab coats are widely used in biohazard laboratories and healthcare facilities as protective garments to prevent direct exposure to pathogens, spills, and burns. These cotton-based protective coats provide ideal conditions for microbial growth and attachment sites due to their porous nature, moisture-holding capacity, and retention of warmth from the user&#39;s body. Several studies have demonstrated the survival of pathogenic bacteria on hospital garments and lab coats, acting as vectors of microbial transmission.
A common approach to fix these problems is the application of antimicrobial agents in textile finishing, but concerns have been raised due to the toxicity and environmental effects of many synthetic chemicals. The ongoing pandemic has also opened a window for the investigation of effective antimicrobials and eco-friendly and toxic-free formulations. This study uses two natural bioactive compounds, carvacrol and thymol, encapsulated in chitosan nanoparticles, which guarantee effective protection against four human pathogens with up to a 4-log reduction (99.99%). These pathogens are frequently detected in lab coats used in biohazard laboratories.
The treated fabrics also resisted up to 10 wash cycles with 90% microbial reduction, which is sufficient for the intended use. We made modifications to the existing standard fabric tests to better represent the typical scenarios of lab coat usage. These refinements allow for a more accurate evaluation of the effectiveness of antimicrobial lab coats and for the simulation of the fate of any accidental microbial spills that must be neutralized within a short time. Further studies are recommended to investigate the accumulation of pathogens over time on antimicrobial lab coats compared to regular protective coats.

Autor destacado: Un tejido antimicrobiano que utiliza la encapsulación nanoherbal de aceites esenciales  

Antimicrobial lab coats prevent the cross-contamination of pathogen accumulation and accidental bio-spills. Here, we describe the protocol for developing a skin-friendly antimicrobial fabric using nano-herbal encapsulation and modified standard tests to precisely evaluate the efficacy and suitability for typical usage of the lab coat.

Un tejido antimicrobiano que utiliza nano-herbal encapsulación de aceites esenciales

Lab coats are widely used in biohazard laboratories and healthcare facilities as protective garments to prevent direct exposure to pathogens, spills, and ...