Udvikling af en næse-only indånding toksicitet testkammeret, der giver fire eksponering koncentrationer af Nano mellemstore partikler
Summary
En næse-only indånding toksicitet kammer i stand til at teste toksicitet ved indånding i fire forskellige eksponering koncentrationer blev udviklet og valideret flow felt ensartethed og krydskontaminering mellem eksponering havne for hver koncentration. Vi præsenterer her, en protokol for at bekræfte, at designet salen er effektiv for indånding toksicitetstest.
Abstract
Ved hjælp af en numerisk analyse baseret på edb fluid dynamik, er en næse-only indånding toksicitet kammer med fire forskellige eksponering koncentrationer udviklet og valideret flow felt ensartethed og krydskontaminering mellem eksponering havne for hver koncentration. Designet flow feltværdier er sammenlignet med de målte værdier fra eksponering porte placeret horisontalt og vertikalt. Til dette formål, nanoskala natriumchlorid partikler genereres som test partikler og indført indånding herhen for at evaluere krydskontaminering og koncentration vedligeholdelsen blandt afdelingerne for hver koncentration. Resultaterne viser, at designet multiconcentration indånding salen kan bruges i animalsk indånding toksicitet test uden krydskontaminering mellem koncentration grupper. Desuden kan designet multiconcentration indånding toksicitet kammer også blive konverteret til en enkelt-koncentration ved indånding kammer. Yderligere undersøgelser med gas, organiske dampe eller ikke-nanoskala partikler vil sikre brugen af salen til indånding afprøvning af andre test artikler.
Introduction
Indånding toksicitetstest er den mest pålidelige metode til at vurdere risici ved kemiske stoffer, partikler, fibre og nanomaterialer1,2,3. Således kræver mest reguleringsorganer indsendelse af toksicitet ved indånding testdata, når eksponering for kemikalier, partikler, fibre og nanomaterialer er via indånding4,5,6,7 ,8. I øjeblikket, er der to typer af indånding toksicitet systemer: hele kroppen og næse-only eksponering systemer. En standard indånding toksicitet testsystemet, enten hele kroppen eller næse-only, kræver mindst fire kamre til at udsætte dyr som rotter og mus til fire forskellige koncentrationer, nemlig frisk luft kontrol og lav, moderat og høje koncentrationer7 , 8. the organisationen for økonomisk samarbejde og udvikling (OECD) test retningslinjer tyder på, at den valgte destination koncentration bør tillade identifikation af mål organer(med) og demonstration af en tydelig koncentration respons7 ,8. Den høje koncentration bør resultere i en klar plan for toksicitet men ikke forårsage dødelighed eller vedvarende tegn, der kan føre til døden eller forhindre en meningsfuld vurdering af resultaterne7,8. Den maksimale opnåelige niveau eller høj koncentration af aerosoler kan nås samtidig opfylder partikel størrelse distribution standard. Moderat koncentration omsætningsled bør være fordelt til at producere en graduering af toksiske virkninger mellem de lave og høje koncentrationer7,8. Lav koncentrationsniveau, som ville helst være et NOAEC (no observed-effect concentration), skal producere lidt eller ingen tegn på toksicitet7,8. Hele kroppen kammeret udsætter dyrene i en uhæmmet betingelse i kablede bure, mens kun næse-salen udsætter et dyr i en behersket tilstand i det lukkede rør. Tilbageholdenhed forhindrer tab af aerosol ved lækage omkring dyret. På grund af den store mængde af hele kroppen kammeret kræver det et stort antal test artikler vil blive udsat for forsøgsdyr, mens tilbageholdenhed i røret i næse-only eksponering system hindrer flytning af dyr og kan forårsage ubehag eller kvælning. Ikke desto mindre, de lovgivningsmæssige OECD indånding toksicitet testretningslinjer foretrækker brugen af næse-only indånding systemer4,5,6,7,8.
Dog imødekommende en fire-kammer system, enten hele kroppen eller kun for næsen, er dyrt, pladskrævende, og kræver en indbygget luft rengøring og cirkulation system. Desuden kan en fire-kammer system også kræve separate test artikel generatorer til at udsætte dyr for de ønskede koncentrationer, og en særskilt måling apparater at overvåge artikel testkoncentrationer. Derfor, da standard indånding toksicitetstest indebærer betydelige investeringer, en mere praktisk og økonomisk eksponering hele kroppen eller kun næse-system skal udvikles til brug i små forsknings-faciliteter. Når du udformer en indånding kammer, computational fluid dynamics (CFD) modellering er også ofte bruges til at opnå partikel, gas, eller dampe ensartethed9,10,11,12,13 . Evaluering af numeriske analyser og validering af forsøgsresultater er allerede blevet udført for hele kroppen eksponering salen for mus10. For eksempel, air flow og partikel bane har været modelleret ved hjælp af CFD, og ensartethed af partikel distribution er blevet målt i ni dele af hele kroppen kammer10. Også, kun næse-salen er blevet evalueret af numerisk analyse af CFD13. Efter, at blev evaluering til næse-only eksponering salen udført ved at sammenligne de numerisk analyseresultater med en eksperimentel undersøgelse ved hjælp af nanopartikler13.
Denne undersøgelse præsenterer en næse-only indånding kammer system, der kan udsætte forsøgsdyr til fire forskellige koncentrationer i et kammer. Oprindeligt designet ved hjælp af CFD og en numerisk analyse, er det foreslåede system derefter sammenlignet med en eksperimentel undersøgelse ved hjælp af nanoskala natriumchlorid partikler til at validere ensartethed og krydskontaminering. Resultaterne præsenteres her angiver, at den præsenteres kun næse-kammer, der kan udsætte dyr for fire forskellige koncentrationer kan anvendes til dyrs eksponeringsundersøgelser i små akademiske og forskningsfaciliteter. Numerisk analyse er indstillet således, på samme måde som indstillingen for eksperimentet. For enkelt-koncentration eksponering, aerosol strømmen til den indre tower er indstillet til 48 L/min og kappe strømmen til den ydre tower er sat til 20 L/min. For multiconcentration eksponering er aerosol flow til indre tårnet input 11 L/min. for hver etape. Outlet differenstryk holder på -100 Pa at opretholde en jævn strømning af udstødningsgassen og forhindre lækage. Antag de animalske indehavere er lukket og tømme.
Protocol
Representative Results
Discussion
Indånding toksicitetstest er i øjeblikket den bedste metode til evaluering af aerosolmaterialer materialer (partikler og fibre), dampe og gasarter ved indånding af menneskelige åndedrætsorganerne14,15. Der er to indånding eksponering metoder: hele kroppen og næse-only. Men en næse-kun system minimerer eksponering af noninhalation ruter, såsom hud og øjne, og tillader test med minimale mængder af test artikel, hvilket gør det foretrukne eksponering met…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne forskning blev støttet af den industrielle teknologi Innovation Program (10052901), udvikling af yderst brugbare nanomateriale indånding toksicitet testsystem i handel, gennem Korea evaluering Institute of Industrial Technology af koreanske Ministeriet for handel, industri og energi.
Materials
| FLUENT V.17.2 | ANSYS | Software | |
| mass flow meter (MFM) | TSI | 4043 | |
| SMPS (scanning mobility particle sizer) | Grimm | SMPS+C | |
| 5-Jet atomizer | HCTM | 5JA-1000 | |
| Mass flow controller (MFC) | Horiba | S48-32 |
References
- Phalen, R. F., Phalen, R. F. Methods in Inhalation Toxicology. Inhalation Exposure Methods. , 69-84 (1997).
- Moss, O. R., James, R. A., Asgharian, B. Influence of exhaled air on inhalation exposure delivered through a directed-flow nose-only exposure system. Inhalation Toxicology. 18, 45-51 (2006).
- White, F. M. . Fluid Mechanics. , (2004).
- OECD TG 403. . OECD guideline of the testing of chemicals 403: Acute inhalation toxicity testing. , (2009).
- OECD TG 436. . OECD guideline of the testing of chemicals 436: Acute inhalation toxicity – Acute Toxic Class Method. , (2009).
- OECD GD 39. . Series on testing and assessment Number 39: Guidance document on acute Inhalation toxicity testing. , (2009).
- OECD TG 412. . OECD guideline of the testing of chemicals 412: Subacute inhalation toxicity testing. , (2018).
- OECD TG 413. . OECD guideline of the testing of chemicals 413: Subchronic inhalation toxicity testing. , (2018).
- Cannon, W. C., Blanton, E. F., McDonald, K. E. The flow-past chamber: an improved nose-only exposure system for rodents. American Industrial Hygiene Association Journal. 44, 923-928 (1983).
- Oldham, M. J., Phalen, R. F., Robinson, R. J., Kleinman, M. T. Performance of a portable whole-body mouse exposure system. Inhalation Toxicology. 16, 657-662 (2004).
- Oldham, M. J., Phalen, R. F., Budiman, T. Comparison of Predicted and Experimentally Measured Aerosol Deposition Efficiency in BALB/C Mice in a New Nose-Only Exposure System. Aerosol Science and Technology. 43, 970-997 (2009).
- Tuttle, R. S., Sosna, W. A., Daniels, D. E., Hamilton, S. B., Lednicky, J. A. Design, assembly, and validation of a nose-only inhalation exposure system for studies of aerosolized viable influenza H5N1virus in ferrets. Virology Journal. 7, 135 (2010).
- Jeon, K., Yu, I. J., Ahn, K. Evaluation of newly developed nose-only inhalation exposure chamber for nanoparticles. Inhalation Toxicology. 24 (9), 550-556 (2012).
- Ji, J. H., et al. Twenty-Eight-Day Inhalation Toxicity Study of Silver Nanoparticles in Sprague-Dawley Rats. Inhalation Toxicology. 19, 857-871 (2007).
- Ostraat, M. L., Swain, K. A., Krajewski, J. J. SiO2 Aerosol Nanoparticle Reactor for Occupational Health and Safety Studies. Journal of Occupational and Environmental Hygiene. 5, 390-398 (2008).
- Pauluhn, J., Thiel, A. A simple approach to validation of directed-flow nose-only inhalation chambers. Journal of Applied Toxicology. 27, 160-167 (2007).
