En mikrokontroller drivs enhet för generering av flytande extrakt från konventionella cigarett rök och elektronisk cigarett Aerosol
Summary
Här beskriver vi en programmerbar laboratorium enhet som kan användas för att skapa extrakt av konventionella cigarett rök och elektronisk cigarett aerosol. Denna metod ger ett användbart verktyg för att göra direkta jämförelser mellan konventionella cigaretter och elektroniska cigaretter, och är en lättillgänglig ingångspunkt till elektronisk cigarett forskning.
Abstract
Elektroniska cigaretter är den mest populära tobaksvaran bland mitten och hög schoolers och mest populära alternativa tobaksvaran bland vuxna. Hög kvalitet, reproducerbar forskning om konsekvenserna av elektronisk cigarett användning är viktigt för att förstå nya folkhälsoproblem och crafting bevis baserat regleringspolitik. Medan ett växande antal tidningar diskutera elektroniska cigaretter, finns det lite konsekvens i metoder över grupper och mycket lite samförstånd om resultat. Här beskriver vi en programmerbar laboratorium enhet som kan användas för att skapa extrakt av konventionella cigarett rök och elektronisk cigarett aerosol. Detta protokoll Detaljer instruktioner för montering och drift av nämnda enhet och visar användningen av genererade extraktet i två exempelprogram: en in vitro- cell lönsamhet analysen och gaskromatografi masspektrometri. Denna metod är ett verktyg för att göra direkta jämförelser mellan konventionella cigaretter och elektroniska cigaretter, och är en lättillgänglig ingångspunkt till elektronisk cigarett forskning.
Introduction
Trots en koncentrerad insats av hälsoorganisationer fortfarande produkt tobaksbruket den vanligaste orsaken till förebyggbara dödsfall över hela världen, med en majoritet av dessa dödsfall tillskrivas cigarett rökare1. Sedan kommer in på marknaden år 2003, har elektroniska cigaretter ökat i popularitet bland tobak produktanvändare. Elektroniska cigaretter för närvarande det mest populära alternativet till konventionella cigaretter bland amerikanska vuxna (~ 5%)2 och det mest populära nikotin leveranssystemet bland mitten (~ 5,3%) och hög schoolers (~ 16%)3. Om aktuella trender fortsätter, kan elektroniska cigaretter förväntas ersätta konventionella cigaretter för framtida generationer. Rökningens följder för elektronisk cigarett användning är dock fortfarande oklart.
Forskning om elektroniska cigaretter startade inte på allvar tills elektronisk cigarett popularitet ökade snabbt i 20133,4. Sedan dess har har ett antal olika modeller använts till frågan om deras giftighet. Men resultaten av många studier är motstridiga, och även om det verkar att elektroniska cigaretter är generellt mindre giftiga än konventionella cigaretter finns det inga aktuella samförståndet om rökningens följder för elektronisk cigarett använda5, 6 , 7. vår tidigare forskning visar att elektroniska cigaretter är betydligt mindre giftig till vaskulära endotelet än konventionella cigaretter, trots deras förmåga att orsaka DNA-skador och induktion av oxidativ stress och cell death8 . Dock krävs mer forskning innan vi kan dra några säkra slutsatser om rökningens följder av elektronisk cigarett användning.
Som konventionella cigaretter är en ledande orsak till förebyggas kärlsjukdom9, finns det ett växande intresse för vaskulära hälsa risken för elektronisk cigarett använda10,11,12. För att studera effekterna av elektroniska cigaretter på det vaskulära systemet, utvecklat vårt labb en microcontroller drivs rökning/vaping enheten (figur 1)8. Denna enhet är kapabel att generera flytande extrakt av antingen konventionell cigarett rök eller elektronisk cigarett aerosol i antingen vatten eller organiska lösningsmedel. Eftersom luftflödet styrs av en kombination av en justerbar air flow regulator och ett PBASIC timing program, kan enheten användas för att generera extrakt enligt valfritt antal användardefinierade protokoll. Här vi detalj med montering och drift av enheten samt två potentiella tillämpningar: in vitro- cell livskraft bedömning och gaskromatografi masspektrometri.
Figur 1: rökning/Vaping enhet. Principschema för fysisk montering av rökare/vaping enheten både cigarett/cigaretten som elektronisk cigarett (e-cig) konfiguration (A) och tank elektronisk cigarett konfigurationen (B). Komponenten nyckel: 1) inandning port; (2) primära samling impinger; (3) overflow impinger; (4) Buchner kolv vakuum fälla; (5) normalt öppen magnetventil; (6) BS1 microcontroller; 7) flödesregulator. luft; (8) 510 gängade elektronisk cigarett tank bas. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Protocol
Representative Results
Discussion
De mest kritiska delarna av detta protokoll är att säkerställa enheten är ren från början och avsluta varje utdrag, och säkerställa att alla tätningar upprätthålls så att luftflödet förblir konsekvent. Om enheten inte är ordentligt rengjorda, finns en risk för att bära över mellan prover. Dessutom, om enheten kvar orena under en längre tid kondenserade aerosol och torkade kan lösningsmedel blockera systemet. Observera att det är normalt för det för att ett tryckfall vid pustande en konventionell ci…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna erkänner stöd av Dr. Robert Dotson Tulane University Institutionen för Cell och molekylärbiologi för hans hjälp i redigering manuskriptet och Dr James Bollinger av Tulane University Institutionen för kemi för hans hjälp med masspektrometri protokolldesign. Författarna ytterligare bekräftar de Tulane University Institutionen för Cell och molekylärbiologi och Tulane University Institutionen för kemi för deras stöd och användning av utrymme och utrustning. Detta arbete stöds av en tobak produkt reglerande vetenskap forskning gemenskap till C. Anderson från Tulane University School of Science och 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 |
Referências
- 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).
