Misure di sicurezza e procedure operative in un (A) BSL-4 di laboratorio: 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
La trasmissione del virus avviene generalmente da malattie dirette o contatto fisico, ma molte importanti virali (ad esempio, il morbillo, la varicella, influenza) sono causate da patogeni che vengono trasmessi da aerosol o goccioline respiratorie. Tali agenti patogeni hanno il potenziale di causare una pandemia con conseguenze che vanno dalla malattia lieve diffusa associata a perdita di lavoro (ad esempio, raffreddore) per più rara malattia grave con alta letalità (ad esempio, il vaiolo). Patogeni ad alto conseguenza che si diffondono naturalmente dal aerosol o dal rilascio di aerosol intenzionale (armi biologiche) sono di particolare interesse per aerobiologia 1. Gli esseri umani possono diventare rapidamente infettati con alcuni di questi agenti patogeni da grandi goccioline respiratorie o nuclei di piccole particelle e facilmente diffondere questi agenti patogeni ad altri attraverso le secrezioni salivari, tosse, starnuti e 2. Nella comunità biodifesa Stati Uniti, gli agenti patogeni ad alto conseguenza (per esempio, o altri filovirus NIAID Categoria priorità AC Agenti patogeni e CDC di agenti Bioterrorismo) sono al centro di programmi di ricerca di aerosol a causa della elevata letalità delle infezioni associate 3,4. Progressi scientifici di rilievo nel campo aerobiologia sono stati fatti nell'ultimo decennio grazie ai progressi tecnologici dei dispositivi di aerosol e le strutture ad alto contenimento 5,6. La ricerca presso il National Institutes of Health, National Institute of Allergy e Malattie infettive (NIH / NIAID), la ricerca di Integrated Facility a Fort Detrick si trova a Frederick, MD, USA (IRF-Frederick) si concentra sui patogeni emergenti ad alta conseguenza che richiedono biosicurezza animale livello 4 (ABSL-4) di contenimento. La missione generale del IRF-Federico è quello di valutare e facilitare lo sviluppo di vaccini candidati e terapie (contromisure mediche).
La ricerca con agenti patogeni ad alto conseguenza al IRF-Federico è governata da biosicurezza stringenti e cura degli animali e utilizzare i requisiti. questi requirements sono delineati nel biosicurezza in microbiologiche e laboratori biomedici (BMBL) Manuale 7 e regolamenti federali sul benessere degli animali. Questi requisiti necessari possono limitare il tipo di ricerca che può essere eseguita e l'impatto disegno complessivo dello studio. Come abbiamo precedentemente descritto in questa rivista, tutte le ricerche condotte in un ambiente ABSL-4 richiede particolare cautela, la formazione altamente specializzata, e una infrastruttura 8,9 struttura robusta e ridondante.
L'ingresso nel IRF-Federico ABSL-4 laboratorio tuta richiede indossare una pressione positiva incapsulare vestito 8. A pressione positiva incapsulare abiti non sono necessari per entrare nel laboratorio di gabinetto ABSL-4. Indossando un abito macchia, gomma o nitrile, e scarpe vicino-piantati è appropriata quando la manipolazione Gruppo di rischio 4 materiale infetto all'interno di un certificato di classe III biosicurezza Cabinet (BSC) in un ABSL-4 armadietto di laboratorio 7.
Al IRF-Frederick, attrezzature aerosol è stato progettato, assemblato e mantenuto in due ermeticamente sigillati BSC di Classe, in acciaio inox, a tenuta d'aria, a pressione negativa III, figura 1. L'IRF-Federico Aerobiologia Nucleo impiega una piattaforma di gestione automatizzata di aerosol ( AAMP) per controllare e monitorare la sperimentazione di aerosol all'interno di questi BSC, figura 2. una pubblicazione precedente ha delineato le funzioni specifiche dei BSC classe III presso l'IRF-Federico e il collegamento con il laboratorio di tuta tramite una porta pass-through 5. La procedura di preparazione della classe III BSC prima sperimentazione è specifico per il IRF. Altri BSC Classe III utilizzati in altri istituti funzionare in modo simile alla Classe III BSC in uso presso l'IRF, ma possono avere diversi meccanismi per il trasporto, l'accesso o l'attracco.
Per capire meglio come gli agenti patogeni ad alto conseguenza rimangono infettive e la diffusione attraverso la trasmissione di aerosol, ae sicurosperimentazione robiological deve essere condotta in questi BSC di classe III secondo una procedura flusso di lavoro specifico. I ricercatori sono stati attentamente e accuratamente addestrato per assicurare questo flusso di lavoro è seguito in modo sicuro e coerente. Prima di non umano confronto aerosol primate (NHP), diversi caratterizzazione aerosol o aerosol corse simulate vengono eseguite per testare la stabilità e la sostenibilità di un agente quando è in forma di aerosol. Il processo di aerosol di caratterizzazione imita la sfida attuale di aerosol, e il ricercatore valuta le variabili associate con gli studi di aerosol.
Un'altra parte del flusso di lavoro è quello di registrare manipolazioni fisiche, amministrazione o anestetici o altri agenti, o procedure di routine sui grafici per ogni NHP. Questi grafici soggetti vengono analizzati a fondo per garantire la coerenza procedurale e la standardizzazione. I soggetti sono anestetizzati prima di aerosol esposizione. anestetici esempio includono tiletamina / zolazepam, ketamina / Acepromazina, e ketamine. Anestetici sono scelti sulla base di minimizzare la soppressione delle vie respiratorie e la promozione della controllata, la respirazione stato stazionario. Ulteriori forniture di anestesia sono mantenuti nelle camere animali procedura e trasportati sul carrello di trasferimento con il NHP alla aerobiologia ABSL-4 gabinetto laboratorio.
All'interno del laboratorio di ABSL-4 tuta, primati non umani sono sottoposti pletismografia tramite uno dei due metodi (ad esempio, pletismografia testa-out, respiratorio pletismografia induttiva [RIP]) per determinare volume corrente inspiratorio e la frequenza respiratoria cambia 10-12. Questi parametri derivati sono utilizzati per il calcolo accurato della dose inalata stimato del patogeno immediatamente prima o durante l'esposizione dell'aerosol. Pletismografia Head-out utilizza un lungo, camera cilindrica che ospita il NHP 13. La caduta di pressione creata quando un animale è nel cilindro viene catturato da un pneumotacografo, trasmesso all'amplificatore elaborazioni corrente alternata / curren diretticonvertitore t, e integrato nel software per derivare i parametri polmonari sopra. RIP utilizza sensori fatte di fili di rame a spirale induttivi che sono incorporati in fasce elastiche intorno al petto del soggetto e l'addome 11,12. Induttivo-condensatore genera un campo magnetico nel sensore. La respirazione cambia il campo magnetico, e le variazioni di tensione risultanti vengono inoltrati da un trasmettitore vicino alla fascia elastica ad un ricevitore nel computer tramite onde radio ad altissima frequenza a breve lunghezza d'onda. Software dedicato determina la frequenza respiratoria e volume corrente da spostamento toracica totale.
Il volume minuto (MV) ottenuto tramite pletismografia è utilizzato nel calcolo della dose inalata stimato (D). Nel generare e campionamento un aerosol, la concentrazione di aerosol (AC) è calcolata moltiplicando la concentrazione biosampler (BC) dal volume di supporto (V) e dividendo per risultato della moltiplicazione della portata del biosampler (FL) daltempo di esposizione (T). La formula semplificata è rappresentato come AC = BC x V ÷ FL x T. A sua volta, per il confronto aerosol effettiva NHPs, D è calcolato moltiplicando AC da MV e la durata di esposizione (tempo = T). La formula semplificata è rappresentato come D = AC x MV x T.
Lo scopo di questo articolo è quello di dimostrare visivamente l'intera procedura di confronto aerosol con primati non umani da due punti di vista, il lato ABSL-4 laboratorio tuta e il lato ABSL-4 gabinetto laboratorio. Anche se queste procedure possono essere di natura generale per diverse pratiche menzionate, che sono specifici per l'IRF-Federico Aerobiologia Core e rappresentano le pratiche reali utilizzati in questa istituzione. Questo articolo si concentra sulle procedure di biosicurezza necessarie per eseguire in sicurezza un confronto aerosol, non l'aerosol sfida vero e proprio. In queste procedure, stiamo usando un soggetto fittizio per mostrare pratiche di biosicurezza, a causa del rischio associato ad anestetizzare un NHP. Tuttavia, il processo di performing un confronto aerosol è scritto in un modo generale, perché la procedura è la stessa indipendentemente dal patogeno ad alta conseguenza utilizzato. Il nostro obiettivo è di migliorare la conoscenza e la comprensione degli scienziati circa i rigori di condurre studi di aerosol di agenti patogeni ad alto conseguenza in condizioni di massima di contenimento.
Protocol
Representative Results
Discussion
Noi definire le procedure aerobiologia utilizzate al IRF-Federico per lavorare con gli agenti patogeni altamente pericolosi (4 Group Risk). Uno scopo di visualizzare le procedure bioaerosol è quello di sottolineare la sicurezza del personale quando si utilizza un BSC Classe III durante la sperimentazione di tali agenti patogeni per evitare infezioni acquisite in laboratorio. BSC classe III mantengono un flusso d'aria direzionale interiore che esaurisce in doppi filtri HEPA per garantire che i patogeni sono contenut…
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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