Medidas de seguridad y procedimientos de operación en una (A) BSL-4 de laboratorio: 3. Aerobiología
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 transmisión del virus se produce generalmente por contacto directo o enfermedades físicas, pero muchos importantes virales (por ejemplo, sarampión, varicela, influenza) son causadas por patógenos que se transmiten por aerosoles o gotitas respiratorias. Tales patógenos tienen el potencial de causar una pandemia con consecuencias que van desde enfermedad leve generalizada asociado con la pérdida de trabajo (por ejemplo, resfriado común) para más rara enfermedad grave con alta letalidad (por ejemplo, la viruela). Patógenos de alto riesgo que se propagan de forma natural por aerosol o por la liberación intencional de aerosol (armas biológicas) son de particular interés para aerobiology 1. Los seres humanos pueden infectarse rápidamente con algunos de estos patógenos por grandes gotitas respiratorias o núcleos de partículas pequeñas y de fácil propagación de estos patógenos a los demás a través de las secreciones salivales, tos, estornudos y 2. En la comunidad de defensa biológica de Estados Unidos, patógenos de alto riesgo (por ejemplo, u otros filovirus NIAID Categoría de prioridad AC patógenos y CDC bioterrorismo agentes) son el foco de los programas de investigación de aerosol debido a la alta mortalidad de las infecciones asociadas a 3,4. Avances científicos significativos dentro del campo de la aerobiología se han hecho en la última década debido a los avances tecnológicos en los equipos e instalaciones de aerosol de alta contención 5,6. La investigación de los Institutos Nacionales de Salud, Instituto Nacional de Alergia y Enfermedades Infecciosas (NIH / NIAID), instalaciones de investigación integrado en el Fuerte Detrick ubicado en Frederick, MD, EE.UU. (IRF-Frederick) se centra en grandes consecuencias patógenos emergentes que requieren la bioseguridad de los animales nivel 4 (ABSL-4) de contención. La misión general de la IRF-Frederick es evaluar y facilitar el desarrollo de vacunas y terapias médicas (contramedidas).
La investigación con patógenos de graves consecuencias en el IRF-Frederick se rige por estrictas de bioseguridad y cuidado de los animales y de las necesidades de uso. estos requirelemen- se describen en la Bioseguridad en laboratorios microbiológicos y biomédicos (BMBL) manual de 7 y las regulaciones federales de bienestar animal. Estos requisitos necesarios pueden restringir el tipo de investigación que se pueden realizar e impactar diseño general del estudio. Como ya hemos descrito anteriormente en esta revista, toda la investigación llevada a cabo en un entorno ABSL-4 requiere especial precaución, formación altamente especializada, y una infraestructura robusta y redundante 8,9 instalación.
La entrada en el IRF-Frederick-4 ABSL laboratorio requiere traje de ponerse un traje encapsulado 8 de presión positiva. encapsular trajes de presión positiva no son necesarios para entrar al laboratorio gabinete ABSL-4. Vestida con un traje de matorral, de caucho o nitrilo guantes y zapatos de punta estrecha es apropiado cuando la manipulación del grupo de riesgo 4 material infeccioso dentro de un certificado de Clase III de bioseguridad Gabinete (BSC) en un laboratorio 7 gabinete ABSL-4.
En el IRF-Frederick, equipos de aerosol está diseñado, montado y mantenido en dos cerrados herméticamente CSB de clase, acero inoxidable, estanca al aire, de presión negativa III, Figura 1. La IRF-Frederick Aerobiología Core emplea una plataforma de gestión automatizada de aerosol ( AAMP) para controlar y supervisar la experimentación aerosol dentro de estos BSC, la Figura 2. una publicación anterior describe las funciones específicas de los BSC de clase III en el IRF-Frederick y la conexión con el laboratorio del juego a través de un puerto de paso 5. El procedimiento de preparación de la III BSC de clase antes de la experimentación es específico para el IRF. Otros BSC de clase III utilizados en otras instituciones funcionar de manera similar a la Clase III BSC en uso en el IRF, pero pueden tener diferentes mecanismos de transporte, el acceso, o de acoplamiento.
Para entender mejor cómo los patógenos de graves consecuencias siguen siendo infeccioso y se extendió a través de la transmisión por aerosol, ae seguraexperimentación robiological debe llevarse a cabo en estos BSC de clase III de acuerdo con un procedimiento de flujo de trabajo específico. Los investigadores han sido cuidadosamente y completamente entrenado para asegurar este flujo de trabajo es seguida de una manera segura y consistente. Antes de la exposición no humano primate (NHP) aerosol, varios caracterización de aerosoles o carreras de aerosol simulado se llevan a cabo para probar la estabilidad y viabilidad de un agente cuando está en forma de aerosol. El proceso de caracterización de aerosoles imita el ataque de aerosoles real, y el investigador evalúa las variables asociadas con los estudios de aerosol.
Otra parte del flujo de trabajo es registrar manipulaciones físicas, administración o anestésicos u otros agentes o procedimientos de rutina en las cartas para cada NHP. Estos gráficos sujetos se analizan a fondo para garantizar la coherencia procesal y estandarización. Los sujetos se anestesiaron antes de la aerosol exposición. Ejemplos de anestésicos incluyen tiletamina / zolacepam, ketamina / acepromazina, y ketaminordeste. Los anestésicos son elegidos en base a minimizar supresión respiratoria y la promoción de la controlada, la respiración de estado estacionario. suministros adicionales de anestesia se mantienen en las salas de procedimientos y animales transportados en el carro de transferencia con el NHP al laboratorio gabinete aerobiology ABSL-4.
Dentro del laboratorio traje ABSL-4, primates no humanos se someten a la pletismografía a través de uno de los dos métodos (es decir, pletismografía cabeza de salida, pletismografía respiratoria inductiva [RIP]) para determinar el volumen corriente inspiratorio y la frecuencia respiratoria cambia 10-12. Estos parámetros derivados se utilizan para el cálculo preciso de la dosis inhalada estimado del patógeno inmediatamente antes de o durante una exposición al aerosol. Pletismografía cabeza de salida utiliza una cámara larga, cilíndrica que alberga el PHN 13. La caída de presión creada cuando un animal se encuentra en el cilindro es capturado por un neumotacógrafo, transmitida al amplificador, procesado por la corriente alterna Curren / directost convertidor, y se integra en el software para derivar los parámetros pulmonares superiores. RIP utiliza sensores hechos de alambres de cobre en espiral inductivos que están incrustados en las bandas elásticas alrededor del pecho del sujeto y el abdomen 11,12. Un inductivo-condensador genera un campo magnético en el sensor. La respiración cambia el campo magnético, y los cambios de voltaje resultantes se transmiten desde un transmisor al lado de la banda elástica a un receptor en el ordenador a través de ondas de radio de ultra-alta frecuencia de longitud de onda corta. software dedicado determina la frecuencia respiratoria y el volumen corriente de desplazamiento torácica total.
El volumen minuto (MV) obtenido a través de la pletismografía se utiliza en el cálculo de la dosis inhalada estimado (D). En la generación y el muestreo de un aerosol, la concentración de aerosol (AC) se calcula multiplicando la concentración biosampler (BC) por el volumen de los medios de comunicación (V) y dividiendo por resultado de multiplicar el caudal de la biosampler (FL) por eltiempo de exposición (T). La fórmula simplificada es representado como AC = BC x V x ÷ FL T. A su vez, para el ataque de aerosoles real en primates no humanos, D se calcula multiplicando por MV de CA y la duración de la exposición (tiempo = T). La fórmula simplificada es representado como D = AC x MV x T.
El propósito de este artículo es demostrar visualmente todo el procedimiento de ataque de aerosoles usando primates a partir de dos puntos de vista, el lado ABSL-4 traje de laboratorio y el lado ABSL-4 laboratorio gabinete. Aunque estos procedimientos pueden ser de carácter general por varias prácticas mencionadas, que son específicos para el IRF-Frederick Aerobiología Core y representan las prácticas reales utilizadas en esta institución. Este artículo se centra en los procedimientos de bioseguridad necesarias para realizar con seguridad un ataque de aerosoles, no el ataque de aerosoles en sí. En estos procedimientos, estamos utilizando un sujeto comodín para mostrar prácticas de bioseguridad, debido a los riesgos asociados con la anestesia de un NHP. Sin embargo, el proceso de performando un ataque de aerosoles está escrito de una manera general porque el procedimiento es el mismo, independientemente del patógeno de alta consecuencia utilizado. Nuestro objetivo es mejorar el conocimiento y la comprensión de los científicos sobre los rigores de la realización de estudios de aerosol de alta patógenos consecuencia, en condiciones de máxima contención.
Protocol
Representative Results
Discussion
Describimos los procedimientos de aerobiología utilizados en el IRF-Frederick para trabajar con altamente peligrosos (4) Grupo de Riesgo patógenos. Uno de los propósitos de la visualización de los procedimientos de bioaerosoles es hacer hincapié en la seguridad del personal cuando se utiliza un BSC Clase III durante la experimentación con estos patógenos para evitar las infecciones adquiridas en el laboratorio. BSC de clase III mantienen un flujo de aire direccional hacia el interior que agota en filtros HEPA dob…
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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