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Methode zur Exposition von Tieren nur über die Nase und Methode zur Exposition von Zellen in vitro

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Unterstützung bei der Untersuchung der Auswirkungen der Luftverschmutzung auf die menschliche Gesundheit

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Hintergrund

Luftverschmutzung ist ein stiller Killer, der jedes Jahr weltweit etwa 3,7 Millionen Todesfälle verursacht, was 6,7 % aller Todesfälle weltweit ausmacht. Die meisten Todesfälle im Zusammenhang mit der Luftverschmutzung werden durch Atemwegserkrankungen wie Lungenkrebs und Atemwegsinfektionen verursacht. Je nach Emissionsrate/Formationsquelle der Schadstoffe können die Luftschadstoffe in primäre und sekundäre unterteilt werden. Primäre Luftschadstoffe sind Schadstoffe, die direkt in die Atmosphäre emittiert werden, z. B. durch industrielle und biogene Prozesse; sekundäre Luftschadstoffe sind Schadstoffe, die sich in der Atmosphäre bilden.

Was die chemische Zusammensetzung betrifft, so ist die Luftverschmutzung ein Gemisch aus Gasen und Feinstaub (PM). Gase und Feinstaub können unter dem Einfluss der Atmosphäre reagieren und im Laufe der Zeit unterschiedliche Toxizitäten verursachen. Schätzungen zufolge leben bis zu 87 % der Weltbevölkerung in Gebieten, in denen die Luftqualitätsrichtlinien der Weltgesundheitsorganisation (WHO) für PM<2,5 überschritten werden, was jährlich zu schätzungsweise 2,9 Millionen Todesfällen führt. Auch die Gase in der Atmosphäre haben ein schädliches Niveau erreicht. So verursacht Ozon schätzungsweise 217000 Todesfälle pro Jahr.

Zwar ist die Allgemeinheit von der Luftverschmutzung betroffen, doch für besonders gefährdete Gruppen wie ältere Menschen, Schwangere, Kinder und Menschen mit bestimmten bereits bestehenden Krankheiten besteht ein höheres Risiko für entsprechende Inzidenz- und Mortalitätsraten. So sind beispielsweise bei Patienten über 65 Jahren erhöhte Ozon-, Schwefeldioxid- und Kohlenmonoxidwerte im Freien mit einem höheren Risiko für kardiovaskulär bedingte Krankenhausaufenthalte verbunden. Auch bei Asthmapatienten kann sich der Zustand aufgrund von Luftschadstoffen verschlechtern. Andere soziale Faktoren, wie gesundheitliche Ungleichheiten, einschließlich Unterernährung, niedriger sozioökonomischer Status und Rasse, können die Auswirkungen von Luftschadstoffen auf die Betroffenen ebenfalls verstärken.

Zielsetzung

Angesichts der Grenzen der In-vivo-Forschung müssen dringend neue Bewertungsmethoden gefunden werden, um die Toxizität der Luftverschmutzung genauer zu messen. In-vitro-Zellmodelle und experimentelle Tiermodelle sind zwei hervorragende alternative Methoden, die sich herauskristallisiert haben und mit denen die Toxizität der Testumgebung effizienter bewertet werden kann.

Zell-in-vitro-Expositionssystem

(A) Die Expositionskammer besteht aus einer porösen Plattenkulturschale mit einem ungerichteten internen Kreislauf.

(B) Das vertikale Strömungssystem, einschließlich der porösen Plattenkulturschale, verfügt über Düsen, die den Luftstrom direkt über die Zellen leiten.

(C) Horizontales Strömungssystem - der Luftstrom wird durch eine Zellkulturkammer unterhalb des Strömungswegs geleitet.

Bewertung der In-vitro-Modelle

Verschiedene Arten von Toxizitätsendpunkten, die mit der Exposition gegenüber Luftverschmutzung in Verbindung stehen, können mit In-vitro-Modellen bewertet werden. Die allgemeinen In-vitro-Expositionsbedingungen an der Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche und verschiedene Arten von toxischen Reaktionen können gemessen werden. Nach der Exposition gegenüber Schadstoffen kommt es zu Veränderungen der Zelllebensfähigkeit, der Gen-, Protein- und Epigenomwerte.

Bewertung von Tiermodellen

Eine effektivere Methode der In-vitro-Exposition ist die Untersuchung der toxischen Reaktionen von Versuchstieren auf Luftschadstoffe. Diese Konzepte ermöglichen die Verwendung von Systemen zur Erzeugung von Exposition und von Versuchsvorrichtungen, die den In-vitro-Experimenten ähneln, um Nagetiere zu bewerten, die Luftschadstoffen ausgesetzt sind. Diese Methoden können die Glaubwürdigkeit der In-vitro-Daten verbessern.

Mit Hilfe von Tierversuchen können die toxikologischen Auswirkungen der Exposition gegenüber Luftschadstoffen in einer besser kontrollierbaren Umgebung bewertet werden. Ratten und Mäuse sind die gängigsten Modelle, aber auch andere Tiere wie nichtmenschliche Primaten, Hunde und Kaninchen werden zur Bewertung der Toxizität von Luftverschmutzung verwendet. Für die Exposition von Tieren gegenüber Luftschadstoffen können akute, subchronische und chronische Studiendesigns verwendet werden. Das akute Design umfasst beispielsweise eine ein- oder zweitägige oder tägliche Exposition, die sich über 5-7 Tage pro Woche und weniger als 14 Tage erstreckt. Das subchronische Design umfasst eine ähnliche tägliche Exposition, sollte aber 90-180 Tage lang beibehalten werden. Die Spanne des chronischen Designs reicht von 180 Tagen bis zu zwei Jahren. In Tierversuchen können viele Arten von toxikologischen Ergebnissen beobachtet werden, einschließlich der allgemeinen Sterblichkeit und Anomalien sowie Auswirkungen auf Organ-, Gewebe- und Molekularebene.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass nach dem derzeitigen Stand der wissenschaftlichen Forschung die Kombination von Exposition an der Nase von Tieren und In-vitro-Exposition von Zellen eine effiziente Versuchsmethode ist, die Forscher nutzen können, um die mittel- und langfristigen Auswirkungen verschiedener Schadstoffe auf den menschlichen Körper zu untersuchen.

Das von Tow-Int Tech unabhängig entwickelte System zur Exposition von Tieren nur mit der Nase und von Zellen in vitro (ALI) kann die Forschung in diesem Bereich unterstützen und beschleunigen.

Lösungen und Anwendungen

Tow-Int Tech Kleintier-Nasen-Expositionssystem

Das Tow-Int Tech Small Animal Nose-only Exposure System eignet sich für die Durchführung von Experimenten zur Verabreichung über die Nase und zur Inhalationsexposition an Mäusen, Ratten, Meerschweinchen und anderen Versuchstieren. Das System verfügt über eine gute Luftdichtigkeit und eine gleichmäßige Expositionskonzentration, wodurch es sich für Experimente zur Inhalationstoxizität mit inhalierbaren Substanzen wie Flüssigkeiten, Staub, Nanopartikel-Aerosolen und Rauch eignet. Das System kann die Konsistenz der Inhalationsdosis für dieselbe Versuchsgruppe von Tieren gewährleisten, eine Online-Konzentrationsbestimmung von Aerosolen und eine Online-Probenahme in Echtzeit realisieren und ein hochpräzises Kontrollsystem einsetzen, um die Einheitlichkeit und Stabilität der Kontamination sicherzustellen.

Tierexpositionssysteme können verschiedene Substanzen testen, darunter Medikamente, Luftschadstoffe, PM2,5, organische Stoffe, Industriehygiene, landwirtschaftliche Chemikalien usw. Es können mehrere Experimente zur Gasbelastung durchgeführt werden, einschließlich akuter und chronischer Belastung, Hypobarie, Hyperbarie, Hypoxie und Hyperoxie.

Tow-Int Tech ALI Cell in vitro Expositionssystem

Tow-Int Tech ALI Cell in Vitro Exposure System (Gas-Flüssigkeits-Grenzflächenkultur-Exposition): Die Zellen werden an der ALI-Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche mit Hilfe der Transwell-Membrantechnologie kultiviert und dann zur Kontamination durch das Expositionssystem inhalierbaren Substanzen ausgesetzt. Da die Zelloberfläche der kontaminierten Substanz ausgesetzt ist und sich das Membransubstrat im Kulturmedium befindet, simuliert diese Methode den Prozess des Eintritts inhalierbarer Substanzen in den menschlichen Körper.

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Referenz:

New Approach Methods to Evaluate Health Risks of Air Pollutants: Critical Design Considerations for In Vitro Exposure Testing