bir (A) Güvenlik Önlemleri ve Çalışma Usul BSL-4 Laboratuvar: 3. Aerobiyoloji
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
Virüslerin bulaşması genellikle aerosol veya solunum tarafından iletilen patojenlerin neden olduğu doğrudan veya fiziksel temas, ancak birçok önemli viral hastalıklar (örneğin, kızamık, suçiçeği, grip) ile gerçekleşir. Böyle patojenler iş kaybı ile ilişkili yaygın hafif hastalık arasında değişen sonuçları ile bir pandemi neden olma potansiyeline sahip (örneğin, soğuk algınlığı) yüksek öldürücülüğü (örneğin, çiçek) ile ciddi hastalık nadir için. Aerosol veya kasıtlı aerosol salınımı ile doğal yayılan yüksek sonucu patojenler (biyolojik silahlar) aerobiyoloji 1 özel ilgi bulunmaktadır. İnsanlar hızla öksürme ve hapşırma 2, büyük solunum damlacıkları veya küçük parçacık çekirdekleri bu patojenlerin bazı enfekte ve kolayca tükürük salgıları yoluyla başkalarına bu patojenler yayılır hale gelebilir. ABD biyosavunma toplumda, yüksek sonucu patojenler (örneğin, filovirüsler veya diğer NIAID Category AC Öncelik patojenler ve CDC Biyoterörizm Ajanları) ilişkili enfeksiyonların 3,4 yüksek öldürücülüğü nedeniyle aerosol araştırma programlarının odak noktasıdır. Aerobiyoloji alanında önemli bilimsel adımlar nedeniyle aerosol ekipman ve yüksek çevreleme tesislerinde 5,6 teknolojik gelişmeler son on yıl içinde yapılmıştır. Ulusal Sağlık Enstitüleri, Ulusal Alerji ve Bulaşıcı Hastalıklar Enstitüsü (NIH / NIAID), Frederick, MD, ABD (IRF-Frederick) bulunan Fort Detrick'de Entegre Araştırma Merkezi Araştırma hayvan biyo-güvenlik gerektiren yüksek sonucu ortaya çıkan patojenler üzerinde duruluyor seviye 4 (ABSL-4) çevreleme. IRF-Frederick genel misyonu değerlendirmek ve aday aşılar ve terapötik (tıbbi önlemler) gelişimini kolaylaştırmaktır.
IRF-Frederick yüksek-sonuç patojenler ile Araştırma sıkı biyogüvenlik ve hayvan bakımı ve kullanımı gerekliliklerine göre belirlenir. Bu requirEMENTS Mikrobiyolojik ve Biyomedikal Laboratuvarlar (BMBL) kılavuzuna 7 ve federal hayvan refahı düzenlemeler Biyogüvenlik özetlenmiştir. Bu gereklerin yapılabilir araştırma türünü kısıtlamak ve genel çalışma tasarımını etkileyebilir. Biz daha önce bu dergide anlatıldığı gibi, bir ABSL-4 ortamda yapılan tüm araştırmalar, özellikle dikkatli, çok özel eğitim ve sağlam ve yedekli tesis altyapısı 8,9 gerektirir.
IRF-Frederick ABSL-4 takım laboratuvar girmesi takım 8 kapsülleme pozitif basınç giyilmesini gerektirir. takım elbise encapsulating Pozitif basınç ABSL-4 kabin laboratuvar girmek için gerekli değildir. Bir ABSL-4 kabin laboratuarda 7 sertifikalı Sınıf III Biyogüvenlik Kabini (BSC) içinde Risk Grubu 4 bulaşıcı malzeme işlenirken bodur takım elbise, lastik veya nitril eldiven ve yakın parmaklı ayakkabı bir takılma uygundur.
IRF-Frederick at, aerosol ekipmanları, mühendislik monte ve iki hermetik, paslanmaz çelik, hava geçirmez, negatif basınç Sınıf III BSC, Şekil 1 korunur. IRF-Frederick Aerobiyoloji Çekirdek otomatik aerosol yönetim Platformu (istihdam AAMP) kontrol etmek ve bu BSC içinde aerosol deney, Şekil 2 izlemek için. bir önceki yayın IRF-Frederick de Sınıf III BSC ve geçiş portu 5 üzerinden uygun laboratuvara bağlantının özel işlevleri sıraladı. deney öncesinde Sınıf III BSC hazırlanması için prosedürü IRF özgüdür. Diğer kurumlarda kullanılan diğer Sınıf III BSC'ler IRF kullanımda Sınıf III BSC benzer şekilde çalışır, ancak ulaşım, erişim ya da yerleştirme için farklı mekanizmalara sahip olabilir.
ayrıca yüksek sonucu patojenler bulaşıcı kalır anlamak ve aerosol iletim yoluyla yayılması için, güvenli aerobiological deneyler, belirli bir iş akışı prosedüre göre bu Sınıf III BSC'ler yapılmalıdır. Araştırmacılar dikkatle ve iyice güvenli ve tutarlı bir şekilde takip edilir, bu iş akışını sağlamak için eğitim verdi. insan olmayan primat (NSP) aerosol, çeşitli aerosol karakterizasyonu veya sahte aerosol çalışır öncesinde aerosol formunda istikrar ve canlılığı bir ajanın zaman test etmek için yapılır. Aerosol karakterizasyonu proses gerçek aerosol taklit ve araştırmacı aerosol çalışmaları ile ilişkili değişkenleri değerlendirir.
iş akışının diğer bir parçası, her NHP listelerde fiziksel manipülasyonlar, yönetim veya anestezik veya diğer ajanlar, ya da rutin prosedürler kaydetmektir. Bu konu çizelgeleri usul tutarlılık ve standardizasyonun sağlanması için iyice analiz edilir. Denekler poz aerosol önce anestezi yapılır. Örnek anestezi tiletamine / zolazepam, ketamin / asepromazin ve ketami içerirne. Anestezikler solunum bastırma ve kontrol, kararlı durum nefes tanıtımına minimize dayalı seçilir. Ek anestezi malzemeleri, hayvan prosedürü odalarında muhafaza ve aerobiyoloji ABSL-4 kabin laboratuara NHP transfer arabası üzerinde taşınır.
ABSL-4 takım laboratuvar içinde, NHPs iki yöntem (yani, baş-out pletismografi, solunum endüktif pletismografi [RIP]) inspirasyon tidal hacmi belirlemek için birini kullanarak pletismografisi geçmesi ve solunum hızı 10-12 değiştirir. Bu türetilmiş parametreler ya da bir aerosol, pozlama sırasında hemen önce patojenin tahmin solunan dozun doğru bir hesaplaması için kullanılmıştır. Baş-out pletismografi NHP 13 evler uzun, silindirik bölmeyi kullanır. Bir hayvan silindir olduğunda oluşturulan basınç düşüşü alternatif akım / doğru Curren tarafından işlenir, amplifikatör geçirilen, pnömotakog- tarafından yakalanırt dönüştürücü ve yukarıda akciğer parametreleri elde etmek için yazılım içine entegre edilmiştir. RIP kişinin göğüs ve karın 11,12 civarında elastik bantlar gömülü indüktif sarmal bakır tellerden yapılmış sensörleri kullanır. Bir indüktif kapasitör sensörü bir manyetik alan oluşturur. Nefes manyetik alan değişir ve ortaya çıkan gerilim değişimleri kısa dalga boylu ultra yüksek frekanslı radyo dalgaları aracılığıyla bilgisayara bir alıcıya yanında elastik bant bir vericiden aktarılmaktadır. Özel yazılım solunum hızı ve toplam göğüs yerinden gelen tidal hacim belirler.
pletismografi elde edilen dakika hacmi (MV) tahmini solunan doz (D) hesaplanmasında kullanılır. Bir aerosol üretimi ve örnekleme olarak, aerosol yoğunluğu (AC) ortam (V) hacmine biosampler konsantrasyonu (BC) çarpılması ile biosampler (FL) akış hızını çarpılması sonucu ile bölünerek hesaplanırmaruziyet süresi (T). basitleştirilmiş formül AC = M.Ö. x V olarak temsil edilir ÷ FL x T. Buna karşılık, NHPs gerçek aerosol meydan okuma için, D MV ve maruz kalma süresi (zaman = T) tarafından ac çarpılarak hesaplanır. basitleştirilmiş formül D = AC x OG x T. olarak temsil edilir
Bu makalenin amacı, görsel iki bakış açıları, ABSL-4 takım laboratuvar tarafı ve ABSL-4 kabin laboratuvar tarafından NHPs kullanarak tüm aerosol meydan prosedürü göstermektir. Bu işlemler belirtilen çeşitli uygulamalar için doğada genel olabilir rağmen, IRF-Frederick Aerobiyoloji Core özgüdür ve bu kurumda kullanılan gerçek uygulamalar temsil etmektedir. Bu makale güvenle bir aerosol meydan değil, gerçek aerosol meydan kendisi gerçekleştirmek için gereken biyogüvenlik prosedürleri üzerinde duruluyor. Bu prosedürler, biz bir NHP anestezi ile ilişkili riski nedeniyle biyogüvenlik uygulamaları göstermek için bir kukla konuyu kullanıyor. perfo Bununla birlikte, işlemprosedür ne olursa olsun kullanılan yüksek sonucu patojenin aynı olduğundan bir aerosol rming genel bir şekilde yazılmıştır. Biz maksimum çevreleme koşullarında yüksek sonucu patojenlerin aerosol çalışmaları yapmak zorluklarına dair bilim adamlarının bilgi ve anlayışı geliştirmek amaçlanmaktadır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Biz son derece tehlikeli (Risk Grubu 4) patojenler ile çalışmak için IRF-Frederick kullanılan aerobiyoloji prosedürleri özetlemektedir. Biyoaerosol prosedürleri görselleştirme amaçlarından biri laboratuvar kökenli enfeksiyonları önlemek için bu tür patojenler ile deney sırasında bir Sınıf III BSC kullanırken personelin güvenliğini vurgulamaktır. Sınıf III BSC'ler patojenler laboratuvar (Şekil 1) içinde bulunan sağlamak için çift HEPA filtre içine egzoz içe yönlü h…
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
- Alibek, K., Handelman, S. . The chilling true story of the largest covert biological weapons program in the world-told from inside by the man who ran it. , (1999).
- Roy, C. J., Pitt, L. M., Swearingen, J. R. Infectious disease aerobiology: aerosol challenge methods. Biodefense: research methodology and animal models. , 61-76 (2006).
- Lackemeyer, M. G., et al. ABSL-4 aerobiology biosafety and technology at the NIH/NIAID integrated research facility at Fort Detrick. Viruses. 6 (1), 137-150 (2014).
- Bohannon, J. K., et al. Generation and characterization of large-particle aerosols using a center flow tangential aerosol generator with a non-human-primate, head-only aerosol chamber. Inhal Toxicol. , (2015).
- Chosewood, L. C., Wilson, D. E., eds, . Biosafety in Microbiological and Biomedical Laboratories. , (2009).
- Janosko, K., et al. Safety Precautions and Operating Procedures in an (A)BSL4 Laboratory: 1. Biosafety level 4 suit laboratory suite entry and exit procedures. J Vis Exp. , (2015).
- Mazur, S., et al. Safety Precautions and Operating Procedures in an (A)BSL4 Laboratory: 2. General Practices. J Vis Exp. , (2015).
- Mortola, J. P., Frappell, P. B. On the barometric method for measurements of ventilation, and its use in small animals. Can J Physiol Pharmacol. 76 (10-11), 937-944 (1998).
- Zhang, Z., et al. Development of a respiratory inductive plethysmography module supporting multiple sensors for wearable systems. Sensors (Basel). 12 (10), 13167-13184 (2012).
- Ingram-Ross, J. L., et al. Cardiorespiratory safety evaluation in non-human primates. J Pharmacol Toxicol Meth. 66 (2), 114-124 (2012).
- Besch, T. K., Ruble, D. L., Gibbs, P. H., Pitt, M. L. Steady-state minute volume determination by body-only plethysmography in juvenile rhesus monkeys. Lab Anim Sci. 46 (5), 539-544 (1996).
