En Microcontroller drives enhet for generering av flytende ekstrakter fra konvensjonelle sigarett røyk og elektronisk sigarett Aerosol
Summary
Her beskriver vi en programmerbar laboratorium enhet som kan brukes til å opprette ekstrakter av konvensjonelle sigarett røyk og elektronisk sigarett aerosol. Denne metoden gir et nyttig verktøy for å lage sammenlikninger mellom tradisjonell sigaretter og elektroniske sigaretter, og er en tilgjengelig inngangspunkt til elektronisk sigarett forskning.
Abstract
Elektroniske sigaretter er det mest populære produktet blant midten og høye schoolers og det mest populære alternative produktet blant voksne. Høy kvalitet, reproduserbar oppslag på konsekvensene av elektronisk sigarett bruk er viktig for forståelse nye helse bekymringer og laging bevis basert regulerende politikk. Mens et økende antall artikler diskutere elektroniske sigaretter, er det litt konsistens i metoder på tvers av grupper og lite konsensus om resultatene. Her beskriver vi en programmerbar laboratorium enhet som kan brukes til å opprette ekstrakter av konvensjonelle sigarett røyk og elektronisk sigarett aerosol. Denne protokollen detaljer instruksjoner for montering og drift av sa enheten, og demonstrerer bruken av genererte ekstrakt i to eksempelprogrammer: en i vitro celle levedyktighet analysen og gass-Ture massespektrometri. Denne metoden gir et verktøy for å lage sammenlikninger mellom tradisjonell sigaretter og elektroniske sigaretter, og er en tilgjengelig inngangspunkt til elektronisk sigarett forskning.
Introduction
Til tross for en konsentrert innsats av helseorganisasjoner er tobakk produktbruk den ledende årsaken til forebygges død over hele verden, med fleste av disse dødsfallene tilskrives sigarett røyking1. Siden inn i markedet i 2003, har elektroniske sigaretter vært økende i popularitet blant tobakk produkt. Elektroniske sigaretter er for tiden den mest populære alternativet til vanlige sigaretter blant amerikanske voksne (~ 5%)2 og de mest populære nikotin leveringssystemet blant midten (~ 5,3%) og høy schoolers (~ 16%)3. Hvis dagens tendenser fortsetter, kan elektroniske sigaretter forventes å erstatte konvensjonelle sigaretter for fremtidige generasjoner. Helsekonsekvensene av elektronisk sigarett bruk beholdes imidlertid uklart.
Forskning på elektroniske sigaretter ble ikke startet for alvor til elektronisk sigarett popularitet økte raskt i 20133,4. Siden den gangen har har en rekke forskjellige modeller vært ansatt å ta opp spørsmålet om giftigheten. Men resultatene av mange studier er i konflikt, og mens det synes at elektroniske sigaretter er generelt mindre toksiske enn konvensjonelle sigaretter det er ingen gjeldende konsensus på helsekonsekvensene av elektroniske sigaretten bruker5, 6 , 7. vår tidligere forskning indikerer at elektroniske sigaretter er betydelig mindre giftig for vaskulære endotelet enn konvensjonelle sigaretter, til tross for deres evne til å føre DNA skade og induksjon av oksidativt stress og celle død8 . Men er mer forskning nødvendig før vi kan trekke bastante konklusjoner om helsemessige konsekvenser av elektroniske sigaretten.
Som vanlige sigaretter er en ledende årsak til forebygges karsykdom9, det er en økende interesse i vaskulær helserisiko for elektronisk sigarett Bruk10,11,12. For å studere effekten av elektroniske sigaretter på vaskulære system, utviklet vår lab microcontroller drives røyking/vaping enheten (figur 1)8. Denne enheten er i stand til å generere flytende ekstrakter av enten konvensjonelle sigarett røyk eller elektronisk sigarett aerosol i vandig eller organiske løsemidler. Som luftstrømmen er kontrollert av en kombinasjon av en Regulerbar air flow regulator og PBASIC timing program, kan enheten brukes til å generere utdrag noen antall brukerdefinerte protokoller. Her vi detalj til montering og drift av enheten samt to bruksmuligheter: i vitro celle levedyktighet vurdering og gass-Ture massespektrometri.
Figur 1: røyking/Vaping enheten. Skjematisk for fysisk montering av røyking/vaping enheten i både sigarett/sigarett som elektronisk sigarett (e-cig) konfigurasjon (A) og tank elektronisk sigarett konfigurasjonen (B). Komponenten nøkkel: 1) innånding havnen. 2) primære samling impinger; 3) overflyt impinger; 4) Buchner kolbe vakuum felle; 5) normalt åpen magnetventil; 6) BS1 microcontroller; 7) luft flyt regulator; 8) 510 gjenget elektronisk sigarett tank base. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Protocol
Representative Results
Discussion
De viktigste elementene i denne protokollen er enheten er rent i starten og fullføre hver utvinning, og sikrer at alle sel vedlikeholdes slik at luftstrømmen forblir konsekvent. Hvis enheten ikke er riktig renset, er det en risiko for bære over mellom eksempler. I tillegg, hvis enheten forlates urent for lengre tid kondensert aerosol og tørket kan løsemiddel blokkere systemet. Merk at det er vanlig for det for å være et trykkfall når puffing en tradisjonell sigarett og luftstrømmen måleren skal justeres for å …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne bekrefter hjelp av Dr. Robert Dotson Tulane University avdeling av cellen og molekylærbiologi hans hjelp med redigering manuskriptet og Dr. James Bollinger av Tulane University Institutt for kjemi for hans hjelp med massespektrometri protokollen design. Forfatterne videre erkjenner Tulane University avdeling av cellen og molekylærbiologi og Tulane University Institutt for kjemi for deres støtte og bruk av plass og utstyr. Dette arbeidet ble støttet av et tobakk produkt regulatoriske vitenskap forskning fellesskap å C. Anderson fra Tulane University School of Science og 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).
