Een Microcontroller beheerd apparaat voor de generatie van vloeibare extracten van conventionele sigaret rook en elektronische sigaret Aerosol
Summary
Hier beschrijven we een programmeerbare laboratorium-apparaat dat kan worden gebruikt voor het maken van extracten van conventionele sigaret rook en elektronische sigaret aërosol. Deze methode biedt een nuttig instrument voor het maken van directe vergelijkingen tussen conventionele sigaretten en elektronische sigaretten, en een toegankelijk toegangspoort tot elektronische sigaret onderzoek.
Abstract
Elektronische sigaretten zijn het meest populaire tabaksproduct onder Midden en hoge scholieren en de meest populaire alternatieve tabaksproduct onder volwassenen. Hoge kwaliteit, reproduceerbare onderzoek naar de gevolgen van gebruik van de elektronische sigaret is essentieel voor het begrip volksgezondheid zorgen opkomende en crafting bewijs op basis van regelgevingsbeleid. Terwijl een groeiend aantal papieren te elektronische sigaretten bespreken, is er weinig samenhang in methoden meerdere groepen en weinig consensus over resultaten. Hier beschrijven we een programmeerbare laboratorium-apparaat dat kan worden gebruikt voor het maken van extracten van conventionele sigaret rook en elektronische sigaret aërosol. Dit protocol gegevens instructies voor de montage en de werking van genoemde apparaat, en het gebruik van het gegenereerde extract in twee voorbeeldtoepassingen aantoont: een in vitro cel levensvatbaarheid assay en gaschromatografie massaspectrometrie. Deze methode biedt een instrument voor het maken van directe vergelijkingen tussen conventionele sigaretten en elektronische sigaretten, en een toegankelijk toegangspoort tot elektronische sigaret onderzoek.
Introduction
Ondanks een geconcentreerde inspanning door gezondheidsorganisaties blijft tabak product gebruik de belangrijkste oorzaak van vermijdbare dood wereldwijd, met de meerderheid van deze sterfgevallen toegeschreven aan sigaret roken1. Sinds het invoeren van de markt in 2003, zijn elektronische sigaretten gegroeid in populariteit onder de gebruikers van een product tabak. Op dit moment, zijn elektronische sigaretten het populairste alternatief voor conventionele sigaretten onder Amerikaanse volwassenen (~ 5%)2 en de meest populaire nicotine leveringssysteem onder Midden (~ 5,3%) en middelbare scholieren (~ 16%)3. Als de huidige trends zich doorzetten, kunnen elektronische sigaretten worden verwacht ter vervanging van conventionele sigaretten voor toekomstige generaties. De gevolgen voor de gezondheid van het gebruik van de elektronische sigaret blijven echter onduidelijk.
Onderzoek naar elektronische sigaretten begon niet serieus totdat de populariteit van de elektronische sigaret is snel toegenomen in 20133,4. Sinds die tijd, hebben een aantal verschillende modellen gewerkt aan de kwestie van hun toxiciteit. Echter, de resultaten van veel studies zijn tegenstrijdig, en hoewel het lijkt dat elektronische sigaretten zijn over het algemeen minder giftig dan conventionele sigaretten, er is geen huidige consensus over de gevolgen voor de gezondheid van elektronische sigaret gebruiken5, 6 , 7. onze vorige onderzoek wijst uit dat elektronische sigaretten aanzienlijk minder giftig voor het vasculaire endotheel dan conventionele sigaretten, ondanks hun vermogen zijn tot DNA-beschadiging en de inductie van oxidatieve stress en cel dood8 . Meer onderzoek is echter noodzakelijk voordat wij definitieve conclusies over de gevolgen voor de gezondheid van het gebruik van de elektronische sigaret kunt tekenen.
Als conventionele sigaretten een belangrijke oorzaak van vermijdbare vaatziekten9 zijn, er is een groeiende interesse in het vasculaire gezondheidsrisico van elektronische sigaret gebruik10,11,12. Ons lab ontwikkeld om te bestuderen van de effecten van elektronische sigaretten op het vasculaire systeem, een microcontroller geëxploiteerd roken/vaping apparaat (Figuur 1)8. Dit apparaat is geschikt voor het genereren van vloeibare extracten van beide conventionele sigaret rook of elektronische sigaret aërosol in waterige of organische oplosmiddelen. Zoals luchtstroom wordt geregeld door de combinatie van een regelbare stroom regelgever en een PBASIC timing programma, kan het apparaat worden gebruikt voor het genereren van extracten volgens een willekeurig aantal door de gebruiker gedefinieerde protocollen. Hier we detail de vergadering en de werking van dit apparaat, alsmede twee mogelijke toepassingen: in vitro cel levensvatbaarheidsbeoordeling en gaschromatografie massaspectrometrie.
Figuur 1: roken/Vaping apparaat. Schema voor de fysieke montage van het roken/vaping-apparaat in zowel de sigaret/sigaret zoals elektronische sigaret (e-cig) configuratie (A) als de tank elektronische sigaret configuratie (B). Component Key: 1) inademing haven; 2) primaire collectie impinger; 3) overloop impinger; 4) Buchner kolf vacuüm val; 5) Maakcontact magneetventiel; 6) BS1 microcontroller; 7) lucht stroom regelaar; 8) 510 threaded elektronische sigaret tank basis. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Protocol
Representative Results
Discussion
De meest kritische elementen van dit protocol zijn om ervoor te zorgen het apparaat schoon aan het begin en eind van elke extractie en ervoor te zorgen dat alle zeehonden zo worden gehandhaafd die luchtstroom blijft gelijk. Als het apparaat niet goed schoongemaakt is, is er een risico van carry over tussen de monsters. Bovendien, als het apparaat is onrein voor een langere periode van tijd verkorte aërosol verliet en gedroogd kunt oplosmiddel blokkeren het systeem. Opmerking dat het normaal is, want er om een daling van…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs erkennen de hulp van Dr. Robert Dotson van de Tulane Universiteit departement van cel- en moleculaire biologie voor zijn hulp bij het bewerken van het manuscript en Dr. James Bollinger van de Tulane University Department of Chemistry voor zijn hulp met massaspectrometrie protocol design. De auteurs verder erkennen de Tulane Universiteit departement van cel- en moleculaire biologie en de Tulane University Department of Chemistry voor hun steun en het gebruik van de ruimte en apparatuur. Dit werk werd gesteund door een tabak Product regelgevende Science Research Fellowship aan C. Anderson uit het Tulane University School of Science and Engineering.
Materials
| 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 |
References
- World Health Organization. . WHO Report on the Global Tobacco Epidemic, 2011. , (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- Pisinger, C., Døssing, M. A systematic review of health effects of electronic cigarettes. Prev. Med. 69, 248-260 (2014).
- Callahan-Lyon, P. Electronic cigarettes: human health effects. Tob. Control. 23 (Suppl 2), ii36-ii40 (2014).
- Dinakar, C., O’Connor, G. T. The Health Effects of Electronic Cigarettes. N. Engl. J. Med. 375 (14), 1372-1381 (2016).
- 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).
- U.S. Department of Health and Human Services. . The Health Consequences of Smoking: 50 Years of Progress. A Report of the Surgeon General. , (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- International Organization for Standards. . ISO 3088:2012 Routine analytical cigarette smoking machine – Definitions and standard conditions. , (2012).
- World Health Organization. . Standard Operating Procedure for Intense Smoking of Cigarettes. , (2012).
- Brown, C. J., Cheng, J. M. Electronic cigarettes: product characterisation and design considerations. Tob. Control. 23 (Suppl 2), ii4-ii10 (2014).
- 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).
- Thorne, D., Adamson, J. A review of in vitro cigarette smoke exposure systems. Exp. Toxicol. Pathol. 65 (7-8), 1183-1193 (2013).
- 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).
- Baker, R. The Development and Significance of Standards for Smoking-Machine Methodology. Beitr. Zur Tab. Contrib. Tob. Res. 20 (1), (2014).
- 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).
- 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).
- Herrington, J. S., Myers, C. Electronic cigarette solutions and resultant aerosol profiles. J. Chromatogr. A. 1418, 192-199 (2015).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
