Precauções de segurança e Procedimentos Operacionais em um (A) BSL-4 laboratoriais: 3. aerobiologia
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
Transmissão de vírus ocorre geralmente por doenças direta ou contato físico, mas muitos importantes virais (por exemplo, sarampo, varicela, gripe) são causadas por patógenos que são transmitidos por aerossol ou gotículas respiratórias. Tais patógenos têm o potencial de causar uma pandemia com consequências que vão desde a doença leve generalizada associada à perda de trabalho (por exemplo, o frio comum) para mais rara doença grave com alta letalidade (por exemplo, a varíola). Patógenos de alta-consequência que se espalham naturalmente por aerossol ou por libertação de aerossol intencional (armas biológicas) são de particular interesse para aerobiologia 1. Os seres humanos podem tornar-se rapidamente infectados com algum desses patógenos por grandes gotículas respiratórias ou núcleos pequenas partículas e facilmente espalhar esses patógenos aos outros através de secreções salivares, tosse e espirros 2. Na comunidade de biodefesa dos EUA, patógenos de alta-consequência (por exemplo, filovírus ou outras NIAID Category prioritárias AC Pathogens e CDC bioterrorismo agentes) são o foco dos programas de investigação aerossóis devido à alta letalidade de infecções associadas 3,4. Avanços científicos significativos dentro do campo aerobiologia foram feitas na última década devido aos avanços tecnológicos em equipamentos de aerossol e instalações de contenção elevados 5,6. Pesquisa nos Institutos Nacionais de Saúde, Instituto Nacional de Alergia e Doenças Infecciosas (NIH / NIAID), centro de pesquisa integrada em Fort Detrick localizado em Frederick, MD, EUA (IRF-Frederick) concentra-se em agentes patogénicos emergentes de alta-consequência que exigem biossegurança animais nível 4 (NBA-4) de contenção. A missão global do IRF-Frederick é avaliar e facilitar o desenvolvimento de vacinas e terapêutica (contramedidas médicas).
Pesquisa com patógenos de alta-consequência do IRF-Frederick é regida por requisitos de utilização de biossegurança rigorosa e cuidados com os animais e. estes requirements estão descritas no Biossegurança na microbiológica e Biomedical Laboratories (BMBL) manual de 7 e os regulamentos de bem-estar animal federais. Estes requisitos necessários podem restringir o tipo de pesquisa que podem ser executadas e impactar concepção global estudo. Como nós previamente descrito nesta revista, todas as pesquisas realizadas em um ambiente NBA-4 requer um cuidado especial, treinamento altamente especializado, e uma infra-estrutura 8,9 instalação robusta e redundante.
A entrada na NBA-4 laboratório terno IRF-Frederick requer uma colocação com pressão positiva encapsular terno 8. não são necessários com pressão positiva encapsular ternos para entrar no laboratório gabinete NBA-4. Vestindo um terno matagal, de borracha ou de borracha nitrílica luvas e sapatos close-toed é apropriado quando manipulando Grupo de Risco 4 material infeccioso dentro de um certificado de Classe III biossegurança gabinete (BSC) em uma NBA-4 laboratório gabinete 7.
No IRF-Frederick, equipamentos de aerossol foi projetada, montada e mantida em dois BSCs III classe, de aço inoxidável, de pressão negativa hermético hermeticamente fechados, a Figura 1. A IRF-Frederick Aerobiologia Núcleo emprega uma plataforma de gerenciamento automatizado de aerossol ( AAMP) para controlar e monitorar a experimentação de aerossol dentro destes BSCs, Figura 2. uma publicação anterior delineou as funções específicas dos BSCs Classe III, na IRF-Frederick e a conexão para o laboratório terno através de uma porta de passagem 5. O procedimento de preparação da Classe III BSC antes da experimentação é específico para o IRF. Outros BSCs Classe III utilizados em outras instituições funcionam de forma semelhante à Classe BSC III em uso no IRF, mas podem ter mecanismos diferentes para o transporte, acesso, ou de encaixe.
Para entender melhor como patógenos de alta-consequência permanecer infeccioso e se espalhou através da transmissão aerossol, ae seguraexperimentação robiological deve ser conduzido nesses BSCs Classe III de acordo com um procedimento de fluxo de trabalho específico. Pesquisadores têm sido cuidadosa e exaustivamente treinados para garantir esse fluxo de trabalho é seguido de uma forma segura e consistente. Antes da não-humano de aerossóis primata (NHP), vários caracterização de aerossóis ou corridas de aerossol sham são realizados para testar a estabilidade e viabilidade de um agente quando em forma de aerossol. O processo de caracterização de aerossóis imita o desafio real de aerossol, e o pesquisador avalia as variáveis associadas com o estudo dos aerossóis.
Outra parte do fluxo de trabalho é gravar manipulações físicas, administração ou anestésicos ou outros agentes ou procedimentos de rotina em cartas para cada PNS. Estes gráficos sujeitos são analisados cuidadosamente para assegurar a coerência processual e padronização. Os indivíduos são anestesiados antes da exposição ao aerossol. Exemplo anestésicos incluem tiletamina / zolazepam, cetamina / acepromazina e ketamine. Anestésicos são escolhidos com base na minimização de supressão e promoção da controlada, a respiração de estado estacionário respiratória. suprimentos adicionais de anestesia são mantidos nas salas de procedimento de origem animal e transportado no carrinho de transferência com o PNS para o laboratório gabinete aerobiologia NBA-4.
Dentro do laboratório NBA-4 terno, NHPs submetidos a pletismografia através de um dos dois métodos (ou seja, a pletismografia a cabeça-out, respiratório pletismografia indutiva [RIP]) para determinar o volume corrente inspiratório e taxa de respiração muda 10-12. Estes parâmetros derivados são utilizados para o cálculo preciso da dose inalada estimado do patógeno imediatamente antes ou durante uma exposição ao aerossol. Pletismografia cabeça-out utiliza uma câmara longa, cilíndrica que abriga o PHN 13. A queda de pressão criada quando um animal é no cilindro é capturado por um pneumotacógrafo, retransmitida para o amplificador, processado por a corrente alternada / Curren directost conversor, e integrada no software para derivar os parâmetros pulmonares acima. RIP utiliza sensores feitos de fios de cobre enrolados indutivos que são incorporados em elásticos ao redor do peito do sujeito e abdômen 11,12. Um indutivo-condensador gera um campo magnético no sensor. Respiração altera o campo magnético, e as variações de tensão resultantes são transmitidos a partir de um transmissor ao lado do elástico para um receptor no computador, através de ondas de rádio de ultra-alta frequência de curto comprimento de onda. software dedicado determina taxa de respiração e volume corrente de deslocamento torácico total.
O volume minuto (VM), obtido através de pletismografia é utilizado no cálculo da estimativa da dose inalada (D). Na geração e a amostragem de um aerossol, a concentração de aerossol (CA) é calculada multiplicando a concentração biosampler (BC) pelo volume de meios (V) e dividindo-se pelo resultado da multiplicação da taxa de fluxo do biosampler (FL) pelatempo de exposição (t). A fórmula simplificada está representada como AC = BC x V x ÷ FL T. Por sua vez, para o desafio por aerossol real em NHPs, D é calculado pela multiplicação de CA por MV e a duração de exposição (tempo = t). A fórmula simplificada está representada como D = AC x MV x T.
O objetivo deste artigo é demonstrar visualmente todo o procedimento de aerossóis usando NHPs a partir de dois pontos de vista, lado laboratório terno da NBA-4 e do lado de laboratório gabinete da NBA-4. Embora esses procedimentos podem ser de natureza geral para várias práticas mencionadas, elas são específicas para o IRF-Frederick Aerobiologia Core e representam as práticas reais usados nesta instituição. Este artigo incide sobre os procedimentos de biossegurança necessárias para executar com segurança um desafio por aerossol, não o desafio propriamente dito aerossol. Nestes procedimentos, estamos usando um sujeito fictício para mostrar as práticas de biossegurança, devido ao risco associado com anestesiar um NHP. No entanto, o processo de performando um desafio aerossol é escrito de uma forma geral, porque o procedimento é o mesmo, independentemente do patógeno de alta conseqüência usado. O nosso objectivo é melhorar o conhecimento e compreensão dos cientistas sobre os rigores da realização de estudos de aerossóis de patógenos grandes consequências em condições de contenção máxima.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nós delinear os procedimentos aerobiologia utilizados na IRF-Frederick para trabalhar com altamente perigosos (Grupo de Risco 4) patógenos. Uma finalidade de visualizar os procedimentos biolicas de aerosss é enfatizar a segurança do pessoal ao usar um BSC Classe III durante a experimentação com esses patógenos para evitar infecções adquiridas em laboratório. BSCs Classe III manter um fluxo de ar para dentro direccional que esgota em filtros HEPA duplos para garantir que os agentes patogênicos são contidos de…
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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