Desenvolvimento de uma câmara de teste de toxicidade de inalação somente nariz que fornece quatro concentrações de exposição de partículas nanométricas
Summary
Uma câmara de toxicidade de inalação somente nariz capaz de testar a toxicidade de inalação em quatro concentrações de exposição diferente foi desenhada e validada para a uniformidade do campo de fluxo e a contaminação cruzada entre os portos de exposição para cada concentração. Aqui, apresentamos um protocolo para confirmar que a câmara projetada é eficaz para testes de toxicidade de inalação.
Abstract
Usando uma análise numérica baseada no computarizados dinâmica dos fluidos, uma câmara de toxicidade de inalação somente nariz com quatro concentrações diferentes de exposição é projetada e validada para a uniformidade do campo de fluxo e a contaminação cruzada entre os portos de exposição para cada concentração. Os valores de campo de fluxo projetado são comparados com os valores de medição de exposição portas localizados horizontalmente e verticalmente. Para este efeito, partículas de cloreto de sódio nanoescala são geradas como teste de partículas e apresentou à câmara de inalação para avaliar a contaminação cruzada e a concentração de manutenção entre as câmaras, para cada grupo de concentração. Os resultados indicam que a câmara de inalação multiconcentration projetado pode ser usada na toxicidade de inalação animais testes sem contaminação cruzada entre grupos de concentração. Além disso, a câmara de toxicidade de inalação multiconcentration projetado também pode ser convertida em uma câmara de inalação de single-concentração. Testes suplementares com gás, vapor orgânico ou não-nanoescala partículas irão garantir o uso da câmara no teste de inalação de outros artigos de teste.
Introduction
Testes de toxicidade de inalação são o método mais confiável para avaliar os riscos de agentes químicos, partículas, fibras e nanomateriais1,2,3. Assim, mais agências reguladoras exigem a apresentação de toxicidade por inalação por dados de teste, quando a exposição a produtos químicos, partículas, fibras e nanomateriais é via inalação4,5,6,7 ,8. Atualmente, existem dois tipos de sistemas de toxicidade de inalação: exposição de corpo inteiro e nariz somente sistemas. Um sistema de teste de toxicidade por inalação padrão, todo o corpo ou somente nariz, requer pelo menos quatro câmaras para expor animais como ratos e camundongos para quatro diferentes concentrações, ou seja, controle de ar fresco e concentrações baixa, moderada e alta7 , 8. a organização para cooperação econômica e desenvolvimento (OCDE) teste diretrizes sugerem que a concentração alvo selecionado deverá permitir a identificação dos órgãos (com o alvo) e demonstração de uma resposta clara concentração7 ,8. O nível de alta concentração deve resultar em um nível claro de toxicidade, mas não causar mortalidade ou sinais persistentes que podem levar à morte ou evitar uma avaliação significativa do resultados7,8. Realizável nível ou alta concentração máxima dos aerossóis pode ser alcançada ao mesmo tempo atender o padrão de distribuição de tamanho de partícula. O nível de concentração moderada deve ser espaçado para produzir uma gradação de efeitos tóxicos entre aquele de baixa e alta concentrações7,8. O nível de baixa concentração, que de preferência seria um NOAEC (concentração não observado-efeitos adversos), deve produzir pouco ou nenhum sinal de toxicidade7,8. Câmara de corpo inteiro expõe os animais em uma condição de desenfreada em gaiolas com fio, enquanto a nariz somente câmara expõe um animal em uma condição contido no tubo confinado. A contenção impede a perda de aerossol por vazamento em torno do animal. Devido ao grande volume da câmara de corpo inteiro, requer um grande número de artigos do teste para ser exposto aos animais experimentais, enquanto o sistema de retenção do tubo no sistema de exposição somente nariz dificulta a circulação de animais e pode causar desconforto ou asfixia. No entanto, as orientações da OCDE inalação toxicidade teste reguladoras preferem o uso de inalação somente nariz sistemas4,5,6,7,8.
No entanto, acomodando um sistema de quatro câmaras, ou todo o corpo ou somente de nariz, é caro, espaço-consumindo e requer um sistema de limpeza e circulação de ar interno. Além disso, um sistema de quatro câmaras também pode exigir geradores de artigo de teste separado para expor os animais para as concentrações desejadas e um aparelho de medição separada para monitorar as concentrações de artigo de teste. Portanto, desde testes de toxicidade de inalação padrão envolve um investimento significativo, um sistema de exposição de corpo inteiro ou somente nariz mais conveniente e econômico precisa ser desenvolvido para uso em instalações de pequena investigação. Durante a criação de uma câmara de inalação, fluidos computacional, Modelagem dinâmica (CFD) é também frequentemente usada para atingir a partícula, gás ou vapor uniformidade9,10,11,12,13 . Avaliação por análise numérica e validação de resultados experimentais já foi realizados para a câmara de exposição de corpo inteiro para ratos10. Por exemplo, a trajetória de fluxo e partículas do ar ter sido modelada usando CFD, e a uniformidade de distribuição de partículas foi medida em nove partes do corpo inteiro câmara10. Além disso, a câmara somente nariz foi avaliada por análise numérica por CFD13. Depois disso, foi realizada avaliação para a câmara de exposição somente nariz, comparando os resultados da análise numérica, com um estudo experimental utilizando nanopartículas13.
Este estudo apresenta um sistema de câmara de inalação somente nariz que pode expor os animais experimentais para quatro diferentes concentrações em uma câmara. Inicialmente concebido usando CFD e uma análise numérica, o sistema proposto é comparado com um estudo experimental utilizando partículas de cloreto de sódio nanoescala para validar a uniformidade e a contaminação cruzada. Os resultados aqui apresentados indicam que a câmara somente nariz apresentada que pode expor os animais de quatro diferentes concentrações pode ser usada para estudos de exposição de animais em pequena escala acadêmico e instalações de pesquisa. A análise numérica é definida da seguinte maneira, da mesma forma como a definição de experimento. Para single-concentração exposição, o fluxo de aerossol para a torre interior é definido como 48 L/min e o fluxo de bainha para a torre exterior é definido como 20 L/min. Para a exposição de multiconcentration, o fluxo de aerossol para a torre interna de entrada é 11 L/min para cada fase. A pressão diferencial de saída mantém-se em -100 Pa para manter um bom fluxo de exaustão e impedir o escapamento. Supor que os detentores de animais são fechados e vazio.
Protocol
Representative Results
Discussion
Testes de toxicidade de inalação é atualmente o melhor método para avaliar materiais aerossol (partículas e fibras), vapores e gases inalados pelo sistema respiratório humano14,15. Existem dois métodos de exposição por inalação: todo o corpo e nariz somente. No entanto, um sistema único nariz minimiza a exposição por rotas noninhalation, tais como pele e olhos e permite testar com quantidades mínimas do artigo de teste, tornando-se o método prefer…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta pesquisa foi apoiada pelo Industrial tecnologia inovação programa (10052901), desenvolvimento de toxicidade de inalação nanomaterial altamente utilizáveis no comércio, através da Coreia avaliação Instituto de tecnologia Industrial pelos coreanos, sistema de teste Ministério do comércio, indústria e energia.
Materials
| FLUENT V.17.2 | ANSYS | Software | |
| mass flow meter (MFM) | TSI | 4043 | |
| SMPS (scanning mobility particle sizer) | Grimm | SMPS+C | |
| 5-Jet atomizer | HCTM | 5JA-1000 | |
| Mass flow controller (MFC) | Horiba | S48-32 |
References
- Phalen, R. F., Phalen, R. F. Methods in Inhalation Toxicology. Inhalation Exposure Methods. , 69-84 (1997).
- Moss, O. R., James, R. A., Asgharian, B. Influence of exhaled air on inhalation exposure delivered through a directed-flow nose-only exposure system. Inhalation Toxicology. 18, 45-51 (2006).
- White, F. M. . Fluid Mechanics. , (2004).
- OECD TG 403. . OECD guideline of the testing of chemicals 403: Acute inhalation toxicity testing. , (2009).
- OECD TG 436. . OECD guideline of the testing of chemicals 436: Acute inhalation toxicity – Acute Toxic Class Method. , (2009).
- OECD GD 39. . Series on testing and assessment Number 39: Guidance document on acute Inhalation toxicity testing. , (2009).
- OECD TG 412. . OECD guideline of the testing of chemicals 412: Subacute inhalation toxicity testing. , (2018).
- OECD TG 413. . OECD guideline of the testing of chemicals 413: Subchronic inhalation toxicity testing. , (2018).
- Cannon, W. C., Blanton, E. F., McDonald, K. E. The flow-past chamber: an improved nose-only exposure system for rodents. American Industrial Hygiene Association Journal. 44, 923-928 (1983).
- Oldham, M. J., Phalen, R. F., Robinson, R. J., Kleinman, M. T. Performance of a portable whole-body mouse exposure system. Inhalation Toxicology. 16, 657-662 (2004).
- Oldham, M. J., Phalen, R. F., Budiman, T. Comparison of Predicted and Experimentally Measured Aerosol Deposition Efficiency in BALB/C Mice in a New Nose-Only Exposure System. Aerosol Science and Technology. 43, 970-997 (2009).
- Tuttle, R. S., Sosna, W. A., Daniels, D. E., Hamilton, S. B., Lednicky, J. A. Design, assembly, and validation of a nose-only inhalation exposure system for studies of aerosolized viable influenza H5N1virus in ferrets. Virology Journal. 7, 135 (2010).
- Jeon, K., Yu, I. J., Ahn, K. Evaluation of newly developed nose-only inhalation exposure chamber for nanoparticles. Inhalation Toxicology. 24 (9), 550-556 (2012).
- Ji, J. H., et al. Twenty-Eight-Day Inhalation Toxicity Study of Silver Nanoparticles in Sprague-Dawley Rats. Inhalation Toxicology. 19, 857-871 (2007).
- Ostraat, M. L., Swain, K. A., Krajewski, J. J. SiO2 Aerosol Nanoparticle Reactor for Occupational Health and Safety Studies. Journal of Occupational and Environmental Hygiene. 5, 390-398 (2008).
- Pauluhn, J., Thiel, A. A simple approach to validation of directed-flow nose-only inhalation chambers. Journal of Applied Toxicology. 27, 160-167 (2007).
