Säkerhetsåtgärder och rutiner i en (A) BSL-4 Laboratorie: 4. Medical Imaging procedurer
Summary
Here, we present an overview of the preparation and animal handling procedures required to safely perform medical imaging in an animal biosafety level 4 laboratory. Computed tomography of a mock-infected guinea pig illustrates these procedures that may be used to evaluate the disease caused by a high consequence pathogen.
Abstract
Medical imaging using animal models for human diseases has been utilized for decades; however, until recently, medical imaging of diseases induced by high-consequence pathogens has not been possible. In 2014, the National Institutes of Health, National Institute of Allergy and Infectious Diseases, Integrated Research Facility at Fort Detrick opened an Animal Biosafety Level 4 (ABSL-4) facility to assess the clinical course and pathology of infectious diseases in experimentally infected animals. Multiple imaging modalities including computed tomography (CT), magnetic resonance imaging, positron emission tomography, and single photon emission computed tomography are available to researchers for these evaluations. The focus of this article is to describe the workflow for safely obtaining a CT image of a live guinea pig in an ABSL-4 facility. These procedures include animal handling, anesthesia, and preparing and monitoring the animal until recovery from sedation. We will also discuss preparing the imaging equipment, performing quality checks, communication methods from “hot side” (containing pathogens) to “cold side,” and moving the animal from the holding room to the imaging suite.
Introduction
Uppdraget för National Institute of Allergy och infektionssjukdomar (NIAID) Integrated Research Facility vid Fort Detrick i Frederick MD (IRF-Frederick) är att utföra växande forsknings infektionssjukdom att förstå de kliniska sjukdomsprocesser som korrelerar med svårighetsgraden av mikrobiellt inducerad sjukdom. IRF-Fredrik har en unik förmåga att utföra medicinsk avbildning i djurmodeller med hög konsekvens patogener i en ABSL-4 laboratorium 1. De avbildningsmetoder som finns tillgängliga för utredare inkluderar: datortomografi (CT), magnetisk resonanstomografi (MRI), positronemissionstomografi (PET), enkelfoton datortomografi (SPECT), ultraljud, röntgen, och fluoroskopi. Forskare använda tillgängliga avbildningsfunktioner för att övervaka sjukdomsförloppet och utvärdera effekten av insatserna, såsom läkemedelsbehandling och vaccination, i longitudinella studier.
De avbildningsmetoder på IRF-Frederick var specifiktutformade för att hålla de centrala delarna av utrustningen utanför hög inneslutning 2,3 och åtkomliga för underhåll och reparation. Denna konstruktion skiljer bildsvit i "heta" (innehållande patogen) och "kalla sidan." För att uppnå denna separation, var särskilt utformade rören för att sträcka sig med hög inneslutningsutrymmet i hålen på varje avbildningsmodalitet (Figur 1). Förutom att ge biologisk inneslutning, dessa rör skyddar bildutrustning från gaser och kemikalier som används för att sanera hög inneslutningslaboratorium. Imaging forskare och tekniker driva scanners från "kalla sidan" medan jämförande medicin (CM) personal handtag och övervaka djur på "varma sidan". Eftersom CM personalen måste arbeta i nära samarbete med avbildnings forskare att samordna dessa experiment, kan denna separation leda till kommunikationsutmaningar.
Efter att ha utvärderat alternativ, CM personal var uteutrustad med Bluetooth öron bitar som sänder korta våglängdsultra högfrekventa radiovågor till telefoner som används för att ringa bild personal utanför inneslutningen. På grund av utformningen av anläggningen, måste installeras i varje rum för att övervinna signal störningar som orsakas av lager av cement och stål mellan den "heta" och "kalla sidan" trådlösa åtkomstpunkter. Således är nu tillförlitlig kommunikation mellan CM personal bär bullriga positivt tryckdräkter och bildbehandling personal utanför hög inneslutning. Kameror har också installerats på den varma sidan av bild rum för avbildning personal att se aktivitet på "varma sidan". Med kamerorna kan bild personal vägleda CM tekniker med djur positionering eller eventuella ändringar i sista minuten till bild protokollet.
Allt arbete i IRF-Frederick ABSL-4 kostym laboratorium kräver personal att bära positivt tryck inkapslande passar 4. Bära dessa dräkter nedsatt rörlighet, och den tunga sentx handskar knutna till dräkten plus ytterligare upp till tre lager av handskar kompromisser fingerfärdighet. Resultatet är att förfarandena tar längre tid att slutföra och uppgifter som kräver fingerfärdighet är mycket svårare. Som biosäkerhetsnivån ökar, djurhantering och manipulationer blir mer krävande och tidskrävande, i synnerhet med små djur. Förfaranden i en ABSL-4 laboratorium kan ta upp till 2-3 gånger längre än en ABSL-2 laboratorium.
Syftet med denna artikel är att visuellt visa de utmaningar som är förknippade med avbildning djurmodeller i en ABSL-4 miljö med datortomografi förfarande ett marsvin som ett exempel.
Protocol
Representative Results
Discussion
Tidigare artiklar i denna serie har betonat omfattande utbildning, uppmärksamhet på detaljer, säkerhetsrutiner, och ytterligare tekniska kontroller som krävs för att arbeta säkert i en maximal inneslutningslaboratorium 12,13. Utför arbete på ett säkert sätt är högsta prioritet i dessa laboratorier. Denna filosofi är ännu viktigare när man arbetar med levande djur på grund av ytterligare faror som risken för infekterade djur att orsaka bett eller repor eller för att generera aerosoler 7….
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The content of this publication does not necessarily reflect the views or policies of the US Department of Health and Human Services (DHHS) or of the institutions and companies affiliated with the authors. This work was funded in part through Battelle Memorial Institute’s prime contract with the US National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID) under Contract No. HHSN272200700016I. M.R.H., K.J., D.P., L.B., and J.W. performed this work as employees of Battelle Memorial Institute. Subcontractors to Battelle Memorial Institute who performed this work are: R.B., an employee of Charles River Laboratories – Insourcing Solutions; L.K. and M.R.L., employees of MEDRelief Staffing Inc.; M.G.L. as an employee of Lovelace Respiratory Research Institute, Inc.; and J.H.K. as an employee of Tunnell Government Services, Inc.
Materials
| Micro-Chem Plus | National Chemical Laboratories | 255 | |
| CT scanner | Philips Healthcare | ||
| CT phantom | Philips Healthcare | ||
| Isovue-300 (CT contrast reagent) | Bracco Diagnostics | NDC 0270-1315-30 | |
| Ventilated rack | Lab Products | ||
| Micro-isolator cage | Lab Products | ||
| Biosafety cabinet | Nuaire | ||
| Anesthesia machine | SurgiVet | WWV9000 | |
| Anesthesia induction box | VetEquip | ||
| Anesthesia mask | Henry Schein | ||
| Isoflurane | Henry Schein | ||
| Waste gas scavenging canister | Fisher | F/AIR | |
| Holding cushion | |||
| Ophthalmic ointment | |||
| Vital signs monitor | Bionet | BM3Vet | |
| Mobile phone | Spectralink | 8440 | |
| Blue Tooth ear piece | |||
| Wireless access points | |||
| Sperian positive-pressure suit | Honeywell Safety Products | BSL 4-2 | |
| Outer suit gloves (latex, Ansell Canners and Handlers) | Fisher | 19-019-601 | |
| Outer suit gloves (nitrile/rubber, MAPA) | Fisher | 2MYU1 | |
| Scrubs | Cintas | 60975/60976 | |
| Socks | Cintas | 944 | |
| Duct tape | Pack-N-Tape | 51131069695 | |
| Towels | Cintas | 2720 | |
| Zip lube | Amazon | B000GKBEJA |
References
- Jahrling, P. B., et al. The NIAID Integrated Research Facility at Frederick, Maryland: a unique international resource to facilitate medical countermeasure development for BSL-4 pathogens. Pathog Dis. , (2014).
- de Kok-Mercado, F., Kutlak, F. M., Jahrling, P. B. The NIAID Integrated Research Facility at Fort Detrick. Appl Biosafety. 16, 58-66 (2011).
- Keith, L., Moyer, B. R., Cheruvu, N. P. S., Hu, T., et al. . Preclinical imaging in BSL-3 and BSL-4 envrionments: imaging pathophysiology of highly pathogenic infectious diseases. , (2014).
- Chosewood, L. C., Wilson, D. E. . Biosafety in microbiological and biomedical laboratories. , (2009).
- Janosko, K., et al. Safety precautions and operating procedures in an (A)BSL-4 laboratory: 1. Laboratory suite entry and exit procedures. J Vis Exp. , (2016).
- Diagnostic Radiology Committee Task Force on CT Scanner Phantoms. . Phantoms for evaluation and quality assurance of CT scanners. , (1977).
- Collins, B. ACUP 712.01 Waste anesthetic gas scavenging systems. Institutional Animal Care and Use Committee. , (2013).
- Gargiulo, S., et al. Mice anesthesia, analgesia, and care, Part I: anesthetic considerations in preclinical research. ILAR J. 53, E55-E69 (2012).
- Office of the Press Secretary. . Executive order 13546. Optimizing the security of Biological Select Agents and Toxins in the United States. The White House. , (2010).
- Escaffre, O., Borisevich, V., Rockx, B. Pathogenesis of Hendra and Nipah virus infection in humans. J Infect Dev Ctries. 7, 308-311 (2013).
- Sueblinvong, V., et al. Critical care for multiple organ failure secondary to Ebola virus disease in the United States. Crit Care Med. , (2015).
- Mazur, S., et al. Safety precautions and operating procedures in an (A)BSL-4 laboratory: 2. General practices. J Vis Exp. , (2016).
- Bohannon, J. K., et al. Safety precautions and operating procedures in an (A)BSL-4 laboratory: 3. Aerobiology. J Vis Exp. , (2016).
