Sviluppo di una camera di prova di tossicità per inalazione solo naso che fornisce quattro concentrazioni di esposizione di particelle nanometriche

Test di tossicità per inalazione è il metodo più affidabile per valutare i rischi di agenti chimici, particelle, fibre e nanomateriali^1,2,3. Così, più agenzie di regolamentazione richiedano la presentazione di dati di prova quando l’esposizione a sostanze chimiche, particelle, fibre e nanomateriali è tramite inalazione^{4,5,6,7 tossicità da inalazione ,8}. Attualmente, ci sono due tipi di sistemi di tossicità per inalazione: sistemi di esposizione del corpo intero e solo naso. Un sistema di test di tossicità per inalazione standard, tutto il corpo o solo naso, richiede almeno quattro alloggiamenti per esporre gli animali come ratti e topi a quattro diverse concentrazioni, vale a dire controllo aria fresca e concentrazioni basse, moderato e alto^{7 , 8}. l’organizzazione per la cooperazione economica e lo sviluppo (OCSE) prova linee guida suggeriscono che la concentrazione target selezionato dovrebbe permettere l’identificazione di organ(s) la destinazione e dimostrazione di una risposta chiara concentrazione^{7 ,8}. Il livello di alta concentrazione dovrebbe comportare un chiaro livello di tossicità ma non causare mortalità o segni persistenti che potrebbero portare alla morte o impedire una valutazione significativa dei risultati^7,8. La massima realizzabile livello o alta concentrazione degli aerosol può essere raggiunto rispettando lo standard di distribuzione di dimensione delle particelle. I livelli di concentrazione moderata dovrebbero essere intervallati per produrre una graduazione di effetti tossici fra quello delle alte e basse concentrazioni^7,8. Il livello di bassa concentrazione, che preferibilmente sarebbe un NOAEC (no-observed-adverse-effect concentrazione), dovrebbe produrre poco o nessun segno di tossicità^7,8. La camera di corpo intero espone gli animali in una condizione di sfrenato in gabbie via cavo, mentre la camera sola naso espone un animale in una condizione contenuta nel tubo confinato. Il sistema di ritenuta impedisce la perdita dell’aerosol perdite attorno all’animale. A causa del volume elevato della camera del corpo intero, richiede un gran numero di articoli di prova di essere esposti agli animali da esperimento, mentre il fermo del tubo del sistema di esposizione solo naso ostacola la circolazione degli animali e può causare disagio o soffocamento. Tuttavia, gli orientamenti normativi del test dell’OCSE inalazione tossicità preferiscono l’uso di inalazione solo naso sistemi^4,5,6,7,8.

Tuttavia, possono ospitare un sistema di quattro-alloggiamento, corpo intero o solo naso, è costoso, ingombranti e richiede un sistema di pulizia e di circolazione di aria incorporata. Inoltre, un sistema di quattro-alloggiamento può anche richiedere generatori articolo test separato per esporre gli animali per la concentrazione desiderata e un apparato di misurazione separata per monitorare le concentrazioni di articolo di prova. Pertanto, poiché i test di tossicità per inalazione standard comporta un investimento significativo, un sistema di esposizione del corpo intero o solo naso più conveniente ed economico deve essere sviluppato per l’uso in impianti di piccola ricerca. Quando si progetta una camera di inalazione, computational fluid modellazione dynamics (CFD) è anche frequentemente usato per ottenere delle particelle, gas o vapore uniformità^{9,10,11,12,13} . Valutazione di analisi numeriche e la convalida di risultati sperimentali già è state eseguite per la camera di esposizione del corpo intero per topi¹⁰. Ad esempio, la traiettoria della particella e di flusso di aria sono stati modellati utilizzando CFD e l’uniformità della distribuzione delle particelle è stata misurata in nove parti del corpo intero camera¹⁰. Inoltre, la camera di sola naso è stata valutata dalla analisi numerica di CFD¹³. Dopo di che, la valutazione per la camera di esposizione solo naso è stata effettuata confrontando i risultati di analisi numerica con uno studio sperimentale usando nanoparticelle¹³.

Questo studio presenta un sistema di camera di inalazione solo naso che può esporre animali da esperimento a quattro diverse concentrazioni in una camera. Inizialmente progettato utilizzando CFD e un’analisi numerica, il sistema proposto è quindi confrontato con uno studio sperimentale usando particelle in nanoscala cloruro di sodio per convalidare l’uniformità e la contaminazione incrociata. I risultati presentati qui indicano che la camera solo naso presentata che può esporre gli animali a quattro diverse concentrazioni può essere utilizzata per gli studi di esposizione animale in accademico su piccola scala e strutture di ricerca. L’analisi numerica è impostato come indicato di seguito, nello stesso modo come l’impostazione di esperimento. Per l’esposizione singola-concentrazione, il flusso di aerosol alla Torre interna è impostato su 48 L/min e il flusso di guaina alla torre esterna è impostato a 20 L/min. Per l’esposizione multiconcentration, il flusso di aerosol alla Torre interna ingresso è 11 L/min per ogni fase. La pressione differenziale in uscita mantiene a -100 Pa per mantenere un buon flusso di scarico ed evitare dispersioni. Si supponga i possessori degli animali sono chiuse e vuote.