Campionamento personale utilizzando tecniche in vitro potrebbe fornire informazioni complete per quanto riguarda gli effetti biologici degli aerosol sul posto di lavoro. ¹ esposizioni agli agenti inquinanti nell’aria comprendono esposizioni alla sostanza chimica stessa, per i campioni di aria raccolti, sommerso in condizioni dove il gas viene introdotto alla sospensione di cellule, le esposizioni intermittenti usando un dispositivo come un rocker, o diretto esposizioni all’interfaccia aria-liquido (ALI). ² molte di queste tecniche vengono eseguite con le cellule che crescono in sospensione o il prelievo di campioni prima dell’esposizione, ognuno dei quali può influenzare lo studio tossicologico a causa di potenziali cambiamenti l’aerosol. ³ per evitare questi cambiamenti, il laboratorio può essere portato al campo utilizzando diversi in vitro sistemi di esposizione di cultura ALI che sono utilizzati nella letteratura,^{4,5,6,7, 8,9,10,11,12,13} tuttavia, pochi sono disponibili in commercio. ^{8 , 9 , 12} questi sistemi sono spesso ingombranti, soprattutto quando compresi gli strumenti per regolare la temperatura e l’umidità dell’ambiente cellulare e la portata dell’aerosol del campione. Utilizzando il PIVEC, esposizioni di aerosol possono essere eseguite di fuori di un ambiente di laboratorio tradizionale o all’interno della zona di respirazione mentre che imita condizioni di inalazione.

La determinazione di aerosol deposizione in vitro è importante per l’indagine degli effetti sulla salute a causa di inalazione. La zona di respirazione, l’area all’interno di 30 cm dalla bocca e dal naso,¹⁴ è fondamentale per comprendere l’esposizione alle nanoparticelle e collegamento agli effetti biologici nei polmoni. ² spesso, la deposizione sulle cellule è definita come un efficienza di deposizione, le particelle depositate sul e preso dalle cellule divise per le particelle somministrate al sistema^6,15 o su una base di massa degli importi stessi. ^{4 , 16} i metodi correnti per aerosol nella zona di respirazione di misurazione sono filtro basato, catturando particelle su un periodo di campionamento specificato e utilizzando i filtri di condurre ulteriori test. ¹⁷ monitoraggio personale richiede un piccolo sistema che viene fornito con il compromesso di meno campioni.

Ci sono molti approcci per determinare gli effetti sulla salute da esposizione ad un aerosol. Il modello di ALI consente per l’aerosol deve essere somministrato direttamente alle cellule attraverso l’aria come in uno scenario di esposizione reale, ma è più conveniente e meno tempo intensivo che in vivo studi mentre che imita le barriere di aria-liquido ad esempio gli occhi, pelle e polmoni. Le cellule del polmone cresciute presso le ALI hanno la capacità di generare un strato di sbarramento polarizzato,^18,19 che produce tratti fisiologici che assomigliano in vivo epitelio polmonare, compresa la produzione di muco e di agente tensioattivo in specifici linee cellulari bronchiali o alveolare, ciglia battendo,¹⁹ giunzioni strette, polarizzazione delle cellule e^{20 19,}. ¹⁸ cambiamenti come questi possono influenzare la risposta cellulare misurata negli studi di tossicità. ²¹ inoltre, ALI in vitro modello risultati sono spesso più sensibile di cellule esposti via sospensione modelli²² e sono in grado di tossicità da inalazione acuta in vivo modello. ^{23 , 24} di conseguenza, un sistema di esposizione di ALI che è in grado di eseguire misure all’interno della zona di respirazione è un passaggio naturale.

Esponendo le cellule ad aerosol direttamente alla sorgente di emissione, indagine degli effetti di tutti i gas, composti semi-volatili e particelle coinvolte nella miscela si verifica. Quando la miscela viene raccolto su un filtro, i gas e composti volatili non vengono acquisiti e la miscela intera non può essere studiata. Inoltre, la ricostituzione delle particelle in una polvere o una sospensione liquida può portare all’aggregazione o interazioni particella-fluido, come dissoluzione, in sospensione liquida. ^{25 , 26} quando le particelle dell’aerosol sono aggiunto al liquido, c’è un maggiore potenziale per agglomerazione,^25,27 formazione di una corona di proteina,²⁸ o interazione con i composti nel liquido, che può influenzare la deposizione e influenzare la risposta biologica. ^{29 , 30}

Esposizione presso le ALI si basa su tre principali aerosol profili, nube sedimentazione, parallelo flusso e flusso perpendicolare. Cloud di sedimentazione, utilizzato da aria-liquido Interfaccia cella esposizione (ALICE),⁴ è un sistema batch dove depositare i particelle attraverso gravitazionale e diffusionale stabilirsi come l’aerosol viene trattato come una singola unità. Flusso parallelo, utilizzato dagli Aerosol elettrostatica in vitro Exposure System (gronda)⁵ e multicultura esposizione camera (MEC) II,⁶ consente di deposizione mediante l’aggiunta del moto browniano attraverso il profilo di flusso. Flusso perpendicolare, utilizzato da un microsprayer,⁷ camera del nebulizzatore Nano per tossicità In Vitro (NACIVT),¹¹ e commerciale ALI sistemi^8,9,10,12, aggiunge il compressione di particelle all’interno della regione di deposizione. Molti di questi sistemi di esposizione sono grandi e ingombranti, che richiedono sistemi in eccesso per aerosol pre-condizionamento, pompe per il flusso, o persino il riscaldamento alloggiamenti per l’incubazione delle cellule. Questa grande dimensione diminuisce la portabilità del sistema. Invece di campionamento direttamente alla sorgente di emissione, questi sistemi hanno spesso portati agli aerosol lab o modello generato per analisi di campioni. La complessità dell’aerosol emesso può essere perso nella traduzione dal campo al laboratorio. Il PIVEC è più piccolo rispetto ai sistemi attuali, con una superficie esterna di circa 460 cm² e pesa solo 60 grammi, con controllo termico e umidità incorporato nel sistema consentendo un dispositivo altamente portatile. La dimensione ridotta e il peso consentono al sistema di essere indossati o adottate per la fonte di esposizione, permettendo il campionamento diretto.

Le grandi dimensioni degli attuali sistemi di esposizione diminuisce anche la capacità di eseguire il campionamento per studiare gradienti spaziale delle concentrazioni. Questa risoluzione è chiave effetti tossicologici di molte potenzialità ambientali e rischi professionali come scarico veicolare particolato materia o sul posto di lavoro attività per determinare dove si verifica la nebulizzazione. Immediatamente post-emissione, là si trasforma in una variazione spaziale nella concentrazione di particelle. Questo cresce con il tempo come le particelle disperdono in tutta l’atmosfera e questi effetti possono modificare sulla base delle condizioni ambientali, quali temperatura, pressione, vento e sole. Le particelle possono cominciare a età e ossidare pure una volta emesso^31,32 e tassi di dispersione sono influenzati dalla topografia; concentrazioni più elevate si trovano nel Canyon e tunnel, dove gli effetti di dispersione sono rallentati, e concentrazioni più basse possono essere trovate dove c’è una grande area per dispersione. ³³ questi cambiamenti nei tassi di dispersione possono avere effetti significativi sulla salute umana e possono essere visto quando confronta il numero di asmatici adulti che vivono in urbano contro in ambienti rurali. ³⁴ mentre molti sistemi di esposizione forniscono campioni multipli in una sola volta, sistemi multipli sono necessari con un’abbondanza di grandi apparecchiature per eseguire la risoluzione spaziale.

Portando il laboratorio al campo, al momento dell’analisi può essere ridotta utilizzando l’intera cellula come un sensore. Seguendo gli endpoint e i meccanismi biologici noti può aiutare nella determinazione della composizione di aerosol e dimensione. A causa dei metodi di liquidazione lento, tra cui la clearance mucociliare, fagocitosi e traslocazione, queste particelle sono spesso interagendo con le cellule per circa giorni a settimane³ generazione di stress ossidativo, infiammazione e anche la morte delle cellule. Questi endpoint biologici possono essere i punti di partenza per le vie di risultato avverso per malattia cardiovascolare o malattia polmonare ostruttiva cronica. Inoltre, Wiemenn et al. eseguite una serie di saggi in vitro da confrontare con i valori della letteratura per la tossicità a breve termine in vivo per via inalatoria. ³⁵ Risposta in vivo è stato previsto con due dei quattro risultati positivi dai test di citotossicità tramite rilascio di lattato deidrogenasi, stress ossidativo dalla formazione di perossido di idrogeno e riduzione di glutatione e rilascio e infiammazione potenziale da gene dell’alfa di fattore di necrosi tumorale. Fuori dieci ossidi metallici di dimensioni nanometriche testati, sei testato come attivo (ossido di titanio, ossido di zinco e ossido di cerio diversi quattro) con esposizioni in vitro con conferma in vivo. 

Al fine di studiare gli effetti degli aerosol in un ambiente professionale, il nostro laboratorio ha sviluppato il PIVEC per le esposizioni nel campo. Inoltre, il PIVEC può essere indossato per campionamento personale monitorare e studiare l’esposizione di inalazione come il 37 mm filtro cassetta³⁶ o più sistemi possono essere utilizzati per ottenere una risoluzione spaziale all’interno di una determinata area. In questo protocollo, la caratterizzazione e l’uso del PIVEC è discusso. Dopo l’esposizione, gli effetti biologici sono osservati mediante saggi di citotossicità.