En Microcontroller drives enhed for Generation af flydende ekstrakter fra konventionelle cigaret røg og elektronisk cigaret Aerosol
Summary
Her, beskriver vi en programmerbar laboratorium enhed, der kan bruges til at oprette ekstrakter af konventionelle cigaret røg og elektronisk cigaret aerosol. Denne metode giver et nyttigt værktøj til at foretage direkte sammenligninger mellem konventionelle cigaretter og elektronisk cigaretter, og er en tilgængelig indgang til elektronisk cigaret forskning.
Abstract
Elektroniske cigaretter er det mest populære tobak produkt blandt midten og høj skoleelever og er den mest populære alternative tobaksvare blandt voksne. Høj kvalitet, reproducerbare forskning i følgerne af elektroniske cigaret brug er afgørende for forståelse emerging hensynet til folkesundheden og crafting beviser baseret lovgivningspolitik. Mens et stigende antal papirer diskutere elektroniske cigaretter, er der lidt sammenhæng i metoder på tværs af grupper og meget lidt konsensus om resultaterne. Her, beskriver vi en programmerbar laboratorium enhed, der kan bruges til at oprette ekstrakter af konventionelle cigaret røg og elektronisk cigaret aerosol. Denne protokol detaljer instruktioner til forsamling og drift af nævnte enhed og demonstrerer brugen af den genererede ekstrakt i to prøve applikationer: en in vitro- celle levedygtighed assay og gaskromatografi massespektrometri. Denne metode giver et værktøj til at foretage direkte sammenligninger mellem konventionelle cigaretter og elektronisk cigaretter, og er en tilgængelig indgang til elektronisk cigaret forskning.
Introduction
Trods en koncentreret indsats af sundhedsorganisationer forbliver brug af tobak produkt den førende årsag til forebyggelige dødsfald på verdensplan, med fleste af disse dødsfald tilskrives cigaret rygning1. Siden ind på markedet i 2003, har elektroniske cigaretter været stigende i popularitet blandt tobak produkt brugere. Elektroniske cigaretter er i øjeblikket den mest populære alternativ til konventionelle cigaretter blandt amerikanske voksne (~ 5%)2 og den mest populære nikotin delivery system blandt midten (~ 5,3%) og høj skoleelever (~ 16%)3. Hvis den nuværende udvikling fortsætter, kan elektroniske cigaretter forventes at erstatte konventionelle cigaretter for fremtidige generationer. Men de sundhedsmæssige konsekvenser af elektronisk cigaret brug stadig uklart.
Forskning i elektroniske cigaretter startede ikke for alvor, indtil elektronisk cigaret popularitet hurtigt steg i 20133,4. Siden dengang, har været ansat et antal forskellige modeller til at behandle spørgsmålet om deres toksicitet. Men resultaterne af mange undersøgelser er modstridende, og mens elektroniske cigaretter er generelt mindre giftige end konventionelle cigaretter er der tilsyneladende ingen nuværende konsensus om de sundhedsmæssige konsekvenser af elektronisk cigaret bruger5, 6 , 7. vores tidligere forskning viser, at elektroniske cigaretter er betydeligt mindre giftige for den vaskulære endotel end konventionelle cigaretter, trods deres evne til at forårsage DNA-skader og induktion af oxidativt stress og celle død8 . Men mere forskning er nødvendig før vi kan drage faste konklusioner om de sundhedsmæssige konsekvenser af elektronisk cigaret brug.
Som konventionelle cigaretter er en førende årsag til forebyggelige karsygdom9, der er en voksende interesse for vaskulær sundhedsrisikoen for elektroniske cigaret bruge10,11,12. For at studere virkningerne af elektroniske cigaretter på det vaskulære system, udviklet vores lab en microcontroller drives rygning/vaping enhed (figur 1)8. Denne enhed er i stand til at generere Flydende ekstrakter af enten konventionel cigaret røg eller elektronisk cigaret aerosol i enten vandige eller organiske opløsningsmidler. Som airflow styres af kombinationen af en justerbar air flow regulator og en PBASIC timing program, kan enheden bruges til at generere uddrag efter et vilkårligt antal brugerdefinerede protokoller. Her vi detalje forsamling og drift af denne enhed samt to potentielle anvendelser: i vitro celle levedygtighed vurdering og gaskromatografi massespektrometri.
Figur 1: rygning/Vaping enhed. Skematisk til fysisk samling af rygning/vaping enheden i både cigaret/cigaret som elektroniske cigaretter (e-cig) konfiguration (A) og tank elektroniske cigaret konfiguration (B). Komponent nøgle: 1) indånding port; 2) primære samling impinger; 3) overløb impinger; 4) Buchner kolbe vakuum fælde; 5) normalt åbne magnetventil; 6) BS1 microcontroller; 7) air flow regulator; 8) 510 gevind elektronisk cigaret tank base. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Protocol
Representative Results
Discussion
De mest kritiske elementer i denne protokol er at sikre, at enheden er rene i starten og slut af hvert udvinding, og at sikre, at alle sæler bevares så at luft flow forbliver konsistent. Hvis enheden ikke er ordentligt rengjort, er der en risiko for bære mellem prøver. Desuden, hvis enheden er venstre urene i en længere periode af tid kondenseret aerosol og tørret kan opløsningsmiddel blokere systemet. Bemærk at det er normalt for der for at være et trykfald ved puffing en konventionel cigaret og luftstrømmen m…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne anerkender assistance fra Dr. Robert Dotson Tulane University afdeling for celle og molekylærbiologi for hans hjælp i redigering håndskriftet og Dr. James Bollinger af Tulane Universitet Institut for kemi for sin assistance med massespektrometri protokol design. Forfatterne yderligere anerkender Tulane University afdeling for celle og Molekylærbiologi og Tulane Universitet Institut for kemi for deres støtte og brug af plads og udstyr. Dette arbejde blev støttet af en tobak produkt regulerende Science Research Fellowship til C. Anderson fra Tulane University School of Science og teknik.
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).
