Name: a new portable in vitro exposure cassette for aerosol sampling
Uploaded: 2019-02-22T13:00:00
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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。

とき個人保護具 (例えば白衣、手袋、ゴーグル) を着用しなければならないオペレーター 1、2、3、5、および 6 の手順を実行します。
1 材料の準備
<ol><li>
システム アセンブリと露出は再現性を確保するための材料を準備します。
	<ol>
<li>新しい使用または 70% エタノール洗浄 ¼"内径導電性チューブおよび 1/4" 外径用コネクタ システム アセンブリを確認しま?...

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...

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。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Scanning mobility particle sizer (SMPS)</td>
			<td>TSI, Inc.</td>
			<td>3910</td>
			<td>NanoSMPS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical particle sizer (OPS)</td>
			<td>TSI, Inc.</td>
			<td>3330</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stainless Steel Pipe, 4&#34; Long</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>4830K116</td>
			<td>Standard-Wall 304/304L, Threaded on Both Ends, 1/8 Pipe Size</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Brass Ball Valve with Lever Handle</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>4112T12</td>
			<td>Compact High-Pressure Rating, 1/8 NPT Female</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Steel Pipe, 2&#34; Long</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>7753K121</td>
			<td>Standard Wall, Threaded on One End, 1/8 Pipe Size</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPA filter</td>
			<td>GE Healthcare</td>
			<td>09-744-12</td>
			<td>HEPA-Cap Disposable Air Filtration Capsule</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum Generator</td>
			<td>PISCO USA</td>
			<td>VCH10-018C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PIVEC</td>
			<td>VCU</td>
			<td></td>
			<td>For design please contact authors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistive heater</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/4&#34; barbed connectors</td>
			<td>Zefon International, Inc.</td>
			<td>459743</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Porous tubing</td>
			<td>Scientific Commodities, Inc.</td>
			<td>BB2062-1814A</td>
			<td>Hydrophilic 10 um pores</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Battery power bank</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell culture insert</td>
			<td>Fisherbrand</td>
			<td>353095</td>
			<td>24 well plate insert</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter Forceps</td>
			<td>Fisherbrand</td>
			<td>09-753-50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transfer Pipette</td>
			<td>ThermoScientific</td>
			<td>13-711-27</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass Fiber Filters</td>
			<td>SKC</td>
			<td>225-7</td>
			<td>Binder-Free Type AE Filter 37 MM 1.00 um pore</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultra Micro Balance</td>
			<td>A&#38;D</td>
			<td>BM-22</td>
			<td>Housed in environmental chamber</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>37 mm filter cassette</td>
			<td>SKC</td>
			<td>225-3250</td>
			<td>Filter Cassette Blank, 37 mm, Clear Styrene</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Variable flow vacuum pump</td>
			<td>SKC</td>
			<td>220-5000TC</td>
			<td>AirChek TOUCH, 5 to 5000 mL/min</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copper Particles</td>
			<td>U.S. Research Materials, Inc.</td>
			<td>US1090</td>
			<td>40 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copper Particles</td>
			<td>U.S. Research Materials, Inc.</td>
			<td>US1088</td>
			<td>100 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copper Particles</td>
			<td>U.S. Research Materials, Inc.</td>
			<td>US1117M</td>
			<td>800 nm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a new portable in vitro exposure cassette for aerosol sampling

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。

労働の in vitro毒性にはエアゾール露出を実行しながら細胞を維持が含まれます。PIVEC システムは、図 2を含めて温度と湿度制御と着用の PIVEC に表示されます。電池式抵抗加熱装置を使用して温度を維持し、加湿を使用してエアロゾル増加多孔質、接液部のチューブを介して自然な加湿。研究室内部設定制御エーロゾル、PIVEC は<strong class="x...

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A New Portable In Vitro Exposure Cassette for Aerosol Sampling

新しいポータブル体外露出カセット エアロゾル サンプリング

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。

This protocol introduces a new in vitro exposure system, capable of being worn, including its characterization and performance. Air-liquid interface (ALI) ...

PIVECは、細胞培養物を現実世界のエアロゾルに直接曝露することができるので、このプロトコルは重要である。システムは人が呼吸する同じ空気をサンプルするように警告することができ、新しいタイプの大気質モニタリングを可能にする。この技術の主な利点は、入院源や呼吸ゾーン内など、ベンチトップシステムにアクセスできない場所で培養肺細胞にエアロゾルを捕獲しやすいことです。この手順のデモンストレーションは、私の研究室を卒業した最近の卒業生であるリン・セカンド博士と、私の研究室の学部生であるナサニエル・ワイガルです。この実験では、試験材料と制御環境を試験前に24時間保存しました。乾燥分散システムを組み立てるには、ボールバルブを4インチ長い1/8サイズのネジパイプの一端に接続します。これは、粒子ホッパーとして機能します。粒子ホッパーの開いた端を通して、所望の量の銅ナノ粒子を入れる。次に、パーティクルホッパーを別のボールバルブで閉じます。2インチの長さ、1/8サイズのパイプをバルブに接続します。2 インチパイプの周りに長さ 3 インチ、1/2 インチの外径チューブを配置します。HEPAフィルターを短いチューブの内側に挿入し、流れ方向がボールバルブを通っていることを確認します。ねじを使用して、他のボールバルブに真空発生器を接続します。次に、真空発生器を空気タンクに接続します。真空発生器の出口に1/4インチの外径チューブを置き、実験用セットアップに接続します。空気タンクのメインバルブとレギュレータバルブを回して、目的の流れを設定します。HEPAフィルターに最も近いボールバルブを開き、真空発生器に最も近いボールバルブを開きます。それらを閉じる前に、特性評価や露出中にそれらを開いたままにしてください。まず、真空発生器に最も近いボールバルブ、次にHEPAフィルタに最も近いボールバルブ。空気タンクのメインバルブとレギュレータバルブを閉じて、流れを止めます。クリーンアップするには、ボールバルブと真空発生器を洗浄するために70%エタノールを使用してください。滅菌のためにオートクレーブに金属パイプを入れてください。空気液界面で細胞を培養した後、細胞が24時間平衡化することを可能にする。組み立てるには、PIVECベースを上に向けて取り、細胞培養インサートアダプタを上部に接続します。マイクロピペットを用いてPIVECの基底のウェルに4ミリリットルの細胞培養培地を加える。ピンセットを使用して、アダプター内に細胞培養挿入物を配置します。PIVECトップピースの狭い部分を上に向けた後、アダプタに接続します。慎重に、ダクトテープの単一の層でPIVECを包みます。PIVECの上部と下部に37ミリメートルのカセット片を接続するために押します。カセットの入口と出口に1/4インチの有刺鉄線アダプターを入れる。PIVECの周りに抵抗ヒーターを、ベースのワイヤーで包みます。テープを保護します。絶縁のためのアルミホイルの8ラウンドでPIVECを包み、テープで固定します。PIVECの上部にあるアダプターに1/2インチの外径チューブを接続します。滅菌水から多孔質チューブを取り除き、PIVECの上にチューブ内に配置します。ヒュームフードにシステムを移し、リングスタンドにPIVECを固定し、固定します。エアロゾル発電機の出口にある直径1/4インチのチューブを多孔管に接続して、PIVECをエアロゾルシステムに接続します。Y コネクタで HEPA フィルタと真空ポンプに接続されている直径 1/4 インチのチューブに PIVEC の出口を接続します。バルブをオンにし、ポンプの流量を毎分0.5リットルに設定します。バルブを閉じてポンプを遮断する前に、10分間細胞を銅ナノ粒子にさらします。エアロゾルシステムからPIVECを取り外します。ピンセットを使用して細胞培養インサートを取り出し、滅菌ウェルプレートに入れて、所望の生物学的アッセイを開始します。提案された露光時間ポイントは、インキュベーターに挿入物を戻す。スポイトを使用してPIVECから吸引媒体。70%エタノールを使用してPIVECを洗浄し、次の実験の前に少なくとも30分間紫外線で殺菌してください。PIVECは、銅ナノ粒子の3つのサイズを使用して、堆積効率を決定することを特徴付けました。24ウェル設計では全体的に増量沈着が観察され、その後6つの井戸設計が観察されます。40ナノメートルと800ナノメートルの銅粒子に比べて100ナノメートルでわずかに減少します。銅ナノ粒子エアロゾルの粒子数濃度は、フィルタベースの走査移動度粒子サイザ、ならびに光学粒子サイザー測定によって決定した。露光後分析は、37ミリメートルフィルターと細胞培養挿入物との間の用量関係を決定することによって迅速に行うことができる。この比較は、p値が0.05未満の800ナノメートル銅粒子に対する強い相関を示している。文献全体にわたる体外露光系における垂直流量と比較して、試験された粒子サイズの範囲にわたるPIVECの堆積効率は、報告された値と比較して、または増加する。覚えておくべきことは、このプロトコルは実験室での設定でのPIVECの使用を実証しているが、それは暴露部位でエアロゾルへの細胞応答を測定するように設計されていたということです。オンサイトテストを実施する場合、試験エアロゾルの堆積効率を特徴付ける必要があります。堆積効率は、細胞が露出する粒子の堆積線量を決定する。追加の生物学的アッセイは、暴露によるより多くの細胞応答エンドポイントを調査するために行うことができる。PIVECは金属バインダーの噴射、および融合フィラメントの製造のような3D印刷プロセスの間に発生するエアロゾルによる細胞応答を査定するために使用されている。ナノ粒子の使用は、特にエアロゾルの形態では危険であり、あらゆる暴露はヒュームフードで行われるべきである。細胞の仕事は生物安全キャビネットで行われるべきである。

Research

JoVE Journal

Environment

A New Portable In Vitro Exposure Cassette for Aerosol Sampling

Methods for Performing Crosses in Setaria viridis, a New Model System for the Grasses

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エンテロウイルスと文化およびRT-QPCRによる水中のノロウイルス発生のEPAメソッド1615測定。ウイルスサンプルのI.コレクション

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土壌のサンプリングと昆虫病原線虫の分離（Steine​​rnematidae、Heterorhabditidae）

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エンテロウイルスと文化とRT-qPCRにより水中のノロウイルス発生のEPAメソッド1615計測。 II。総培養可能なウイルスアッセイ

A standardized method is required when national studies on virus occurrence in environmental and drinking waters utilize multiple analytical laboratories. ...

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エンテロウイルスと文化およびRT-qPCRにより水中のノロウイルス発生のEPAメソッド1615測定。パートIII。 RT-qPCRによりウイルス検出

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Screening for Endocrine Activity in Water Using Commercially-available In Vitro Transactivation Bioassays

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新しいポータブル体外露出カセット エアロゾル サンプリング

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