（A）BSL-4実験室での安全上のご注意と操作手順：3.空中生物学
Summary
As high-consequence pathogens can potentially infect subjects through airborne particles, aerobiology has been increasingly applied in pathogenesis research and medical countermeasure development. We present a detailed visual demonstration of aerobiology procedures during an aerosol challenge in nonhuman primates in an animal biosafety level 4 maximum containment environment.
Abstract
Aerosol or inhalational studies of high-consequence pathogens have recently been increasing in number due to the perceived threat of intentional aerosol releases or unexpected natural aerosol transmission. Specific laboratories designed to perform these experiments require tremendous engineering controls to provide a safe and secure working environment and constant systems maintenance to sustain functionality. Class III biosafety cabinets, also referred to as gloveboxes, are gas-tight enclosures with non-opening windows. These cabinets are maintained under negative pressure by double high-efficiency-particulate-air (HEPA)-filtered exhaust systems and are the ideal primary containment for housing aerosolization equipment. A well planned workflow between staff members within high containment from, for instance, an animal biosafety level-4 (ABSL-4) suit laboratory to the ABSL-4 cabinet laboratory is a crucial component for successful experimentation. For smooth study execution, establishing a communication network, moving equipment and subjects, and setting up and placing equipment, requires staff members to meticulously plan procedures prior to study initiation. Here, we provide an overview and a visual representation of how aerobiology research is conducted at the National Institutes of Health, National Institute of Allergy and Infectious Diseases Integrated Research Facility at Fort Detrick, Maryland, USA, within an ABSL-4 environment.
Introduction
ウイルスの伝播は、一般的に、直接または物理的な接触によって発生しますが、多くの重要なウイルス性疾患（ 例えば 、麻疹、水痘、インフルエンザ）エアロゾルまたは呼吸器飛沫によって送信された病原体によって引き起こされています。このような病原体は、高い致死性（ 例えば 、天然痘）に重篤な疾患をより稀なために仕事の損失に関連した広範囲の軽度の疾患（ 例えば 、風邪）の範囲の結果を伴う大流行を引き起こす可能性があります。エアロゾルによって、または意図的なエアロゾルリリース（生物兵器）によって自然に広がる高結果の病原体は空中生物学1に特に重要です。人間は咳、および2をくしゃみ、急速に大きな呼吸器飛沫または小粒子核によってこれらの病原体の一部に感染させ、簡単に唾液分泌を介して他の人にこれらの病原体を広げるになることがあります。米国の生物兵器防衛コミュニティでは、高結果の病原体（ 例えば 、フィロウイルスまたは他のNIAIDのCategory AC優先病原体とCDCバイオテロエージェントは）関連感染3,4の高い致死率によるエアロゾル研究プログラムの焦点です。空中生物学のフィールド内の重要な科学的進歩が原因エアロゾル機器や高封じ込め施設5,6における技術の進歩に過去10年以内に行われてきました。国立衛生研究所、アレルギーの国立研究所感染症（NIH / NIAID）、フレデリック、MD、USA（IRF-フレデリック）に位置するフォート・デトリックで統合された研究施設での研究は、動物の生物学的安全性を必要とする高結果新興病原体に焦点を当ててレベル4（ABSL-4）封じ込め。 IRF-フレデリックの全体的な使命は、評価し、候補ワクチンと治療薬（医療対策）の開発を促進することです。
IRF-フレデリックで高結果の病原体による研究は、厳しいバイオセーフティおよび動物の管理と使用の要件によって支配されています。これらのrequirementsは、 微生物学的および生物医学研究所 （BMBL）マニュアル7および連邦動物福祉規制のバイオセーフティに概説されている。これらの必要な要件を行うことができる研究の種類を制限し、全体的な試験デザインに影響を与える可能性があります。我々は以前、本誌に記載されているように、ABSL-4環境で行わすべての研究は、特に注意し、専門性の高いトレーニング、堅牢かつ冗長ファシリティインフラ8,9を必要とします 。
IRF-フレデリックABSL-4スーツの研究室への参入は、正圧封入スーツ8を着用する必要があります。スーツをカプセル化する正圧がABSL-4キャビネット研究室に入るために必要とされません。 ABSL-4キャビネット実験室7で認定クラスIIIの安全キャビネット（BSC）内のリスクグループ4感染性物質を操作する際にスクラブスーツ、ゴムやニトリル手袋、近いつま先の靴を着用することは適切です。
IRF-フレデリックに、エアロゾル装置は、操作組み立て、および2つの密封、ステンレス鋼、気密、負圧クラスIIIのBSC、 図1に維持される。IRF-フレデリック空中生物学コアは、自動化されたエアロゾル管理プラットフォーム（採用しますこれらのBSC、 図2内のエアロゾルの実験を制御し、監視するAAMP）。以前の出版物は、IRF-フレデリックとパススルーポート5を介してスーツの研究室への接続時にクラスIIIのBSCの特定の機能を概説。実験前にクラスIII BSCを準備する手順は、IRFに固有のものです。他の機関で使用される他のクラスIIIのBSCは、IRFでの使用にクラスIII BSCと同様に機能するが、交通、アクセス、またはドッキングのための異なるメカニズムを有することができます。
さらに高結果の病原体が感染残っているかを理解し、エアロゾルの伝送に広がる、安全AErobiological実験は、特定のワークフローの手順に従って、これらのクラスIIIのBSCで行われなければなりません。研究者は、このワークフローは、安全かつ一貫した方法で続いていることを確認するために、慎重かつ徹底的に訓練されています。非ヒト霊長類（NHP）エアロゾル攻撃、いくつかのエアロゾルの特徴付けや偽エアロゾルの実行の前には、エアロゾルの形態での安定性および生存度エージェントの時をテストするために行われています。エアロゾルの特徴付けのプロセスは、実際のエアロゾル攻撃を模倣し、研究者は、エアロゾルの研究に関連する変数を評価します。
ワークフローの別の部分は、各NHPのためのチャート上で物理的な操作、管理または麻酔薬または他の薬剤、または日常的な手順を記録することです。これらの対象のチャートは、手続きの一貫性と標準化を確保するために徹底的に分析されます。被験者は、露出をエアゾールに先立って麻酔します。例の麻酔薬は、チレタミン/ゾラゼパム、ケタミン/アセプロマジン、およびketamiを含みますね。麻酔薬は、呼吸抑制と制御、定常状態の呼吸の促進を最小化することに基づいて選択されます。追加の麻酔用品動物手順の部屋で維持し、空中生物学ABSL-4キャビネット研究室にNHPと転送カートに輸送されます。
ABSL-4スーツの実験室の中で、NHPsをは吸気一回換気量を決定するために2つの方法（ すなわち 、ヘッドアウトプレチスモグラフィ、呼吸器、誘導プレチスモグラフィ[RIP]）のうちの1つを介して容積脈波を受け、呼吸数は10から12に変更されます。これらの導出されるパラメータには、またはエアロゾル暴露時直前病原体の推定吸入量の正確な計算のために使用されます。ヘッドアウトプレチスモグラフィは、NHP 13を収容する長い、円筒形チャンバを使用しています。動物が円筒である場合に生成される圧力降下は、呼吸気流計により捕捉増幅器に伝え、交流/直接カレンによって処理されますT変換器は、上記の肺のパラメータを導出するために、ソフトウェアに組み込ま。 RIPは、被験者の胸部と腹部11,12の周りにゴムバンドに埋め込まれた誘導コイル状の銅線で作られたセンサーを使用しています。インダクティブ・コンデンサは、センサに磁界を発生させます。呼吸は、磁場が変化し、結果として生じる電圧の変化は、短い波長の超高周波電波を介してコンピュータに受信機の横弾性バンドに送信機から中継されます。専用ソフトウェアは、呼吸数と総胸部変位から一回換気量を決定します。
プレチスモグラフィーにより得られた分時拍出量（MV）は、推定吸入用量（D）の計算に使用されます。エアロゾルを生成し、サンプリングにおいては、エアロゾル濃度（AC）は、媒体（V）の体積biosampler濃度（BC）を乗算によってbiosampler（FL）の流量を乗算した結果で割ることにより計算されます露光時間（T）。簡略化式が順番にAC = BCののx V÷FLのx Tとして表され、NHPsを内の実際のエアロゾル攻撃のために、Dは、MVと露光時間（時間= T）によりACを乗じて算出されます。簡略化式はD = ACのx MVのx Tとして表されています
この記事の目的は、視覚的に二つの観点、ABSL-4スーツの実験室側とABSL-4キャビネット研究室側からNHPsをを使用して、全体のエアロゾル攻撃の手順を実証することです。これらの手順は、上記のいくつかの実践のための自然の中で一般的であるかもしれないが、彼らは、IRF-フレデリック空中生物学コアに固有のものであり、この機関で使用される実際のプラクティスを表します。この記事では、安全にエアロゾル攻撃ではなく、実際のエアロゾル攻撃そのものを実行するために必要な生物学的安全手順に焦点を当てています。これらの手順では、NHPを麻酔に関連したリスクに起因するバイオセーフティの実践を、表示するためにダミーの件名を使用しています。しかしperfoの、プロセス手順は関係なく使用される高結果の病原体の同じであるため、エアロゾル攻撃をrmingする一般的な方法で書かれています。我々は最大の封じ込め条件下で高い結果病原体のエアロゾル研究を行うの厳しさについての科学者の知識と理解を高めることを目指しています。
Protocol
Representative Results
Discussion
我々は非常に危険（リスクグループ4）病原体を扱うためのIRF-フレデリックで使用空中生物学手順の概要を説明します。バイオエアロゾルの手順を可視化する1つの目的は、実験室で獲得した感染症を避けるために、このような病原体による実験中にクラスIII BSCを使用した場合、スタッフの安全性を強調することです。クラスIIIのBSCは、病原体が実験室（ 図1）内に含まれている?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The content of this publication does not necessarily reflect the views or policies of the US Department of Health and Human Services (DHHS) or of the institutions and companies affiliated with the authors. This work was funded in part through Battelle Memorial Institute’s prime contract with the US National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID) under Contract No. HHSN272200700016I. J.K.B., K.J., M.R.H., D.P., L.B., and J.W. performed this work as employees of Battelle Memorial Institute. Subcontractors to Battelle Memorial Institute who performed this work are: J.H.K., an employee of Tunnell Government Services, Inc.; and M.G.L., an employee of Lovelace Respiratory Research Institute.
Materials
| Micro-Chem Plus | National Chemical Laboratories | 255 | |
| Ethanol | Fisher | BP2818500 | |
| Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | 441244 | |
| Class III BSC | Germfree | DGB-10 | |
| Integrated BSC gloves | Piercan | 10UY2032-9 | |
| Aerosol Management Platform (AeroMP) | Biaera Technologies | NA | |
| Head-out plethysmography | Buxco/Data Sciences International | NA | |
| Respriatory inductive plethysmography | Data Sciences International | NA | |
| Centered flow tangential aerosol generator (CenTAG) | CH Technologies | NA | |
| Collison nebulizer | BGI Inc. | CN25 | |
| Autoclave | Getinge | GEB 2404 AMB-2 | |
| Sperian positive-pressure suit | Honeywell Safety Products | BSL 4-2 | |
| Outer suit gloves (latex, Ansell Canners and Handlers) | Fisher | 19-019-601 | |
| Outer suit gloves (nitrile/rubber, MAPA) | Fisher | 2MYU1 | |
| Scrubs | Cintas | 60975/60976 | |
| Socks | Cintas | 944 | |
| Duct tape | Pack-N-Tape | 51131069695 | |
| Towels | Cintas | 2720 | |
| O-rings | O-ring warehouse | AS568-343 | |
| Overshoes | Amazon | B0034KZE22 | |
| Zip lube | Amazon | B000GKBEJA |
References
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