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背景电子烟尼古丁或电子传递系统(结束)的设计是为了提供含有尼古丁通过吸入气溶胶。对健康的影响是知之甚少的气溶胶吸入时结束。
方法气溶胶的生成使用吸烟机结束。各种类型的末端设备或坦克系统肾上腺素与液体不同的口味,尼古丁载体,变量尼古丁浓度和电池输出电压进行测试与修改。商业的便利样本液体与烟草味道的名字,冰镇果汁朗姆酒、薄荷醇、咖啡和草莓。香料化学物质被确定使用气相色谱/质谱分析。H292人类支气管上皮细胞直接接触到55泡芙的气溶胶结束,新生成的烟草烟雾或空气(控制)使用一个气液界面系统和加拿大卫生部强烈的吸烟协议。体外毒理学效应评估如下:(1)细胞生存能力,代谢活动(2)和(3)释放炎症介质(细胞因子)。
结果暴露在结束气溶胶导致代谢活动和细胞生存能力降低,增加释放白介素(IL) 1β,IL - 6、IL - 10,处于受控,CXCL2 CXCL10相比空气控制。细胞生存能力和代谢活动更受传统香烟负面影响比大多数测试结束的产品。产品类型、电池输出电压和风味影响气溶胶结束,毒性strawberry-flavoured产品最为细胞毒性。
结论结束我们的数据表明,特征的产品,包括味道,可能引起吸入毒性。因此,用户应该小心使用产品,直到结束进行更全面的研究。
- 电子尼古丁交付设备
- 毒理学
- 减少危害
来自Altmetric.com的统计
背景
电子尼古丁运载系统(结束)电池驱动,nicotine-delivery设备营销作为传统香烟更安全的替代品。1虽然结束似乎是一个有前途的减少危害吸烟者的工具,结果表明,使用这些产品会导致重复吸入呼吸道刺激和毒物,与长期用户风险定期接触。化学研究表明气溶胶含有低水平的毒物和致癌物,2,3尽管通常少于传统烟草香烟。毒理学和临床的结束,对健康影响的研究落后于快速增长的公众使用。4这种缺乏也阻碍了监管措施的研究。5,6
结束用户中流行的口味包括烟草和薄荷醇等传统口味等非传统口味水果(如樱桃、浆果、苹果),甜(如巧克力、香草、甜点、糖果)或饮料(如咖啡、酒精饮料、汽水)。7,8Hutzler等9分析28日结束液体通过气相色谱/质谱(GC / MS),确定了141种不同的香料化学物质。虽然很多香料化学物质用于结束液体被认证为“一般公认安全”摄入的香味提取制造商协会,对吸入或加热结束时产品的影响。10Farsalinos等11评估sweet-flavoured e-liquids双乙酰的存在和乙酰丙酰化工批准用于食品使用但当吸入与呼吸道疾病有关。两种化合物中发现大部分的产品,其中许多暴露用户高于安全水平。Kosmider等3研究气溶胶生成苯甲醛含量从各种调味尼古丁的解决方案,建立了用户调味结束暴露于大量的呼吸道刺激。此外,cherry-flavoured产品的用户可能吸入更高剂量的苯甲醛的用户相比其他调味产品。3
最近的一份报告Barrington-Trimis等12概述了风味添加剂用于研究目的,需要注意的安全数据的缺乏对长期健康的影响吸入香料化学物质。有必要开发毒理学测试模型,描述了毒性反应和细胞成分之间的相互作用的吸入气溶胶结束,包括味道,和呼吸系统。产品特性的变量,包括口味、影响细胞反应目前没有明确定义。
通常有一些毒理学研究调查细胞暴露于结束气溶胶的影响。那些已经执行使用多种细胞类型,包括cardiomyoblasts和肺上皮细胞系,H292。11,13发表的研究似乎表明没有或很少毒性的结束,14虽然其他研究表明潜在的氧化应激和炎症反应。15 - 19然而,这些研究只使用了一种低压适于再装的柜系统(自我)或一次性烟的单一品牌,都含有不同的口味。香料化合物可能的潜在影响呼吸道细胞的末端用户尚不清楚。比哈尔等20.在结束学习香料化合物的解决方案,发现毒性的差异的味道。同一组研究人员发现,肉桂口味补充体液与细胞毒性,这可能会影响用户结束。20.
吸入的复杂混合物,如调味结束气溶胶可能导致广泛的不良健康效应,从简单的刺激到系统性疾病。21传统上,吸入毒性已经进行测试动物识别不同的端点,包括航空材料的致死浓度和最大容许浓度。22体外研究气溶胶成分的溶液的应用在中叠加不吸入接触模型。他们也可能不适合学习,例如,一些不溶性香料化合物的影响,如柠檬烯。最近,新型体外方法已被开发出来,允许航空材料的直接接触培养人类目标细胞渗透多孔膜在气液界面(ALI)。在阿里曝光系统中,细胞提供营养物质从基底膜的细胞的顶面,培养细胞,直接接触测试气溶胶。结束了气溶胶的影响在阿里呼吸道细胞培养可用于研究细胞损伤或激活和释放的生物活性介质包括细胞因子。因此,体外研究模型使用一个阿里开放测试结束毒性的新方法。23我们知道只有一个研究出版日期,使用阿里的方法来研究毒性结束。13然而,研究集中在两端的促炎的影响,以两个炎性细胞因子的分泌(白介素(IL) 6和引发),而非细胞毒性或代谢活动。在我们的研究中,生理相关阿里系统是用于个人和系统地评估在体外的许多变量的影响结束相关产品,包括一些最受欢迎的口味。通过测试不同类型和品牌的产品,以及产品功能对细胞生存能力,细胞代谢活动和炎性细胞因子的生产一个阿里系统,本研究希望建立各种产品特性的影响,对潜在吸入毒性的末端产品。
材料和方法
产品和参考香烟结束
末端设备和加药方案选择研究从一个巨大的和快速变化的一系列产品。六种从加油站购买结束,便利店,网上零售商和地方vape商店在布法罗,纽约,美国;戴利的城市,美国加州和在线(表1)。补充水箱系统解决方案在五口味烟草、冰镇果汁朗姆酒,薄荷醇,咖啡,和草莓也从当地购买vape商店在布法罗,纽约,美国(表1)。烟草香烟参考3 r4f获得来自肯塔基大学的。
在试点实验,细胞暴露在六种不同的产品,包括一次性烟结束,充电烟、箱型自我设备,个人蒸发器,ePipe和eCigar (表1)。在所有后续的实验中,我们使用一种类型的设备,特别是一种自我坦克系统(视觉转轮),电池输出电压固定在3.3 V。然而,我们的系统和单独修改产品特性的再充填设备与各运营商,与变量尼古丁浓度或解决方案的解决方案不同的口味。比较载体的细胞毒性,e-liquids包含24毫克/毫升的尼古丁和没有味道是准备在实验室使用USP-grade成分(美国药典)丙二醇(PG)只有,蔬菜甘油(VG)只有50/50或PG / VG的混合物,以及5%的蒸馏水。研究尼古丁浓度在支气管上皮细胞的影响,一个自我坦克系统设置为3.3 V和肾上腺素PG-only unflavoured解决方案,包含0,6、12、18、24毫克/毫升的尼古丁。尼古丁浓度在所有测试产品使用气相色谱法测定nitrogen-phosphorous探测器(GC-NPD),如前所述。24,25测量结束电压对细胞毒性的影响,气溶胶生成从自我坦克系统充满PG-only溶液含有烟草香精和24毫克/毫升的尼古丁设置为3.3,4.0或4.8 V。
研究风味的影响,自我坦克系统设置为3.3 V与PG-only肾上腺素液体含有相同的尼古丁浓度(24毫克/毫升;与各种口味(标签),但表2)。香料化学物质被确定在每个液体用GC / MS方法,如网上所述补充材料年代。一个没有针对性分析物生成列表,包括11个化合物中列出表2。烟草、冰镇果汁朗姆酒、薄荷醇、咖啡和草莓有以下GC-NPD决定尼古丁浓度:23.0,22.5,22.0,21.8和22.5毫克/毫升,分别为(表2)。没有GC-NPD分析气溶胶产生的液体。
代的结束气溶胶
气溶胶的末端产品,以及烟草烟雾,生成使用Borgwaldt LX-1(美国弗吉尼亚州里士满市)广泛吸烟机活塞操作。膨化协议是基于加拿大卫生部强烈的方法,26使用以下条件:3 s粉扑持续时间、每30年代,随着一阵55毫升的体积。膨化协议实施连续30分钟,导致共有55个泡芙。一段30分钟是用作这是最小曝光时间检查我们看到结束气溶胶之间的显著差异,空气控制(数据未显示)。空气接触(控制)运行在每个实验中,和五个3 r4f参考烟草香烟抽了比较为末端产品使用相同的方法。在试验研究中,细胞暴露在空气中,两种不同的方法:要么我们12 psi恒定的空气供应用于30分钟或者我们把空气在细胞55泡芙(共30分钟)吸烟机使用。方法之间没有发现显著差异。因此,我们采用吸烟机的方法为每个生成空气控制实验。
细胞接触条件
NCI-H292细胞系(美式文化集合)是用于所有实验。详细描述的维护和传播H292细胞在网上提供补充材料年代。本研究使用了一个阿里系统,能使细胞直接接触结束气溶胶(见在线补充图S1)。细胞生长在0.4µm渗透支持的顶端(PS)在标准条件下细胞(描述在线维护补充材料。立即曝光之前,媒体从顶端的PS,吸气和cell-containing插入(n = 3)被放置在阿里室。虽然这些细胞被直接暴露于气溶胶结束,新媒体在PS的基底一边骑车25毫升/分钟的流量。阿里室与甲醇和蒸馏水清洗暴露之间的关系。
毒性检测
接触细胞的代谢活动被中性红吸收试验测量。细胞生存能力被台盼蓝试验测量。细胞因子释放测量作为细胞炎症反应指标。七个细胞因子(IL-1β、il - 6、il - 10,处于CXCL2, CXCL5和CXCL10)测量使用商用酶联免疫吸附试验板。对于所有化验,我们跟着协议由制造商提供。详细描述每一个试验在网上提供补充材料年代。注意,CXCL5水平测量低于定量的极限为每个测试条件。因此,CXCL5结果不是。
统计分析
统计分析了使用棱镜V.6.07 (GraphPad)。克鲁斯卡尔-沃利斯非参数测试为每一个研究的结果进行比较(1)两端的平均等级产品与空气控制,(2)的平均排名结束产品与参考香烟和(3)的平均排名每结束产品其他结束产品不含香烟控制空气和参考。所有实验进行至少一式两份,与每一个结果测量三次实验。
结果
气溶胶产生各种类型的末端产品(一次性烟,充电烟、自我槽系统,个人蒸发器,ePipe和eCigar)显著不同的毒性支气管上皮细胞(表3A、B和在线补充表S1)。H292细胞的代谢活动和生存能力明显下降(p < 0.05)从自我暴露于气溶胶后槽系统,个人蒸发器和ePipe相比空气控制(表3A、B)。一个重要的代谢活动减少,但不是细胞生存能力,观察空气控制与blu充电缴获。值得注意的是,一些结束产品测试包括自我罐系统的研究中,个人蒸发器和ePipe从烟草香烟在他们之间没有显著性差异影响代谢活动或细胞的可行性。然而,一次性烟,烟和eCigar产品内充电烟草香烟毒性大大小于表3A、B)。当检查细胞因子释放的曝光H292细胞气溶胶结束,我们发现在IL-1β显著增加,il - 6和处于充电缴获,相比空气控制或参考烟草香烟。il - 6、IL10处于受控和CXCL2释放个人蒸发器和ePipe之间明显不同与空气相比,以及ePipe和参考香烟(表3A、B)。并不是所有的产品都是结束相当于对细胞因子释放。例如,自我产品没有调解的变化检测细胞因子(表3A、B和在线补充表S1)。
上述试点实验证实了我们的假设,各种最终产品不同对其细胞毒性和细胞中引起不同的炎症反应与气溶胶直接暴露。然而,由于产品的多样性,我们不能认为毒性每个产品的具体特性。因此,我们进行了系统的研究,以确定单个产品特性包括口味、尼古丁载体,尼古丁浓度和电池输出电压导致细胞毒性和在H292细胞炎症反应。
口味对气溶胶的毒性
通过公开H292细胞相同的设备产生的气溶胶(自我坦克系统电池电压设置为3.3 V和充满PG-only液体含有类似的尼古丁浓度(标签和色谱法验证了方法))但包含五种不同的味道,烟草,冰镇果汁朗姆酒,薄荷醇,咖啡或草莓,我们发现口味有显著和微分对体外毒性的影响。最值得注意的是,薄荷醇、咖啡和strawberry-flavoured气溶胶显著降低细胞的生存能力和代谢活动相比,空气控制(p < 0.05,图1和表3F)。有趣的是,strawberry-flavoured气溶胶代谢活动的影响和细胞生存能力没有显著不同于同烟草香烟。冰镇colada-flavoured气溶胶的影响一个中间:它降低代谢活动相比空气控制,但对细胞生存能力没有显著的影响。相比其他味道,气溶胶产生tobacco-flavoured液体并没有改变生存能力或代谢活动相比,空气控制和毒性明显低于烟草烟雾(p > 0.05)。
比较细胞毒性和释放炎症介质水平(细胞因子)H292支气管上皮细胞直接暴露在气液界面55调味结束气溶胶的泡芙。目的相符的气溶胶生成从自我坦克系统(视觉转轮),电池输出电压设置为3.3 V和加PG-only尼古丁浓度相同的解决方案(24毫克/毫升)。结束后,电子尼古丁运载系统;IL,白介素;PG,丙二醇
当研究细胞因子释放,气溶胶coffee-flavoured和strawberry-flavoured液体产生显著增加细胞因子水平相比,空气控制(图1和表3香烟,F)或引用(表3F)。释放所有测试诱导了细胞因子il - 6除外strawberry-flavoured气溶胶。Coffee-flavoured气溶胶增加细胞因子il - 6的水平,处于受控和CXCL2空气控制。唯一的区别在产品测试液体的味道在这个实验中,我们得出这样的结论:(1)口味影响产品的体外毒性和(2)在所有口味测试,产品标签的草莓是最有毒的。
尼古丁浓度的影响,载体和电池输出电压在结束气溶胶毒性
尼古丁浓度
五个尼古丁浓度检查:0、6、12、18和24毫克/毫升。无显著差异(p < 0.05)观察各种尼古丁浓度和空气控制之间的代谢活动和生存能力。显著差异(p < 0.05)被发现在0、6、12、18和24毫克/毫升浓度和烟草香烟的代谢活动和/或生存能力。相比,我们没有观察到显著差异变量中尼古丁浓度代谢活动或可行性(见在线补充表S1)。当检查尼古丁浓度对细胞因子释放的影响,我们发现IL-1β显著减少,处于受控和CXCL2接触18毫克/毫升的气溶胶和空气控制(表3A, D) il - 6在响应显著增加到24毫克/毫升的气溶胶和空气控制。IL-1β和CXCL2水平显著降低18毫克/毫升的气溶胶和参考之间的香烟。与变量之间的显著差异观察气溶胶IL-1β尼古丁浓度,il - 6,处于受控和CXCL2(见在线补充表S1)。
尼古丁载体
研究载体的影响,H292细胞暴露在阿里气溶胶产生的同样的目的设备(自我坦克系统设置为3.3 V)充满unflavoured液体含有相同的尼古丁浓度24毫克/毫升(1)PG-only;(2)VG-only或(3)混合PG / VG (50/50表3A、C)。空气控制相比,暴露H292细胞包含每个运营商测试气溶胶导致细胞生存能力明显下降(p < 0.05)。然而,所有测试运营商H292细胞的毒性明显比烟草香烟烟雾表3A、C)。我们发现显著差异运营商本身对细胞代谢活动的影响(见在线补充表S1),细胞的代谢活动明显减少暴露于PG: VG和VG-only气溶胶而不是PG-only相比空气控制。研究载体对细胞因子释放的影响时,我们发现了一个显著增加在所有测试细胞因子除了处于受控和CXCL10细胞暴露于PG-only相比空气控制(表3A、C)。
讨论
本研究使用阿里系统相关的生理系统检查几个结束的细胞毒性和炎症的影响变量包括产品类型、尼古丁浓度、载体、产品电压和液体的味道。我们的研究结果表明,结束产品明显不同支气管上皮细胞的细胞毒性。这是一个重要的发现,进一步理解目的产品的复杂性。通过系统地评价各种产品功能,我们能够识别设备功率和香料添加剂的关键组件,明显影响的潜在毒性。这一发现具有重要的监管问题,因为这两个特性的末端产品规范和标准化。我们的数据表明结束用户可能减少吸入的潜在危害调味产品通过选择口味较低的毒性和操作他们的设备在低功率设置。
小说找到我们的研究是口味用于结束液体可以有急性毒性影响呼吸道细胞。我们发现薄荷醇、咖啡和草莓口味有重大影响的整体细胞毒性产品结束。然而,我们的研究的一个重要限制是,我们没有看的香料化合物(如中列出表2)引起的细胞毒性和炎症介质的释放。此外,只有一个目的液体产品测试每个口味名称(例如,草莓)。还有待确定其他目的液体产品名称相同味道可能含有另一种味道的化学成分产生类似的结果。还需要进一步的研究来调查的细胞毒性作用单一香料化工液体结束,这些成分的组合和交替的影响结束液体产品具有相同味道的名字。我们的研究表明,测试结束产品的毒性不应局限于个人结束以来香料化工液体是复杂的混合物,和其他产品特性(如电压)导致总体毒性气溶胶结束。最后,虽然我们用阿里相关的生理系统,我们的研究没有目标估计任何有害影响用户结束。未来需要体内的研究来证实我们的发现对人类行为的适用性,因为接触的两端气溶胶中大多数汽将不同膨化协议工作在我们的研究中。
只有少数研究看着结束使用的香料化工液体。在GC / MS筛选的测试中,我们能够初步确定几个香料化学物质在不同的产品。最全面的香料化学相比,扫描到目前为止,9,10我们发现五香料化学物质(3-methylcyclopentane-1 2-dione,薄荷醇,柠檬烯,苯甲醇和γ-decalactone)是相同的,不同于那些之前报道的六个。筛选的细胞毒性香料化学是一个劳动力和非常耗时的任务,尤其是当一个人认为的可能的口味的不同组合之间的交互设备功率和运营商。迫切需要对时效和具有成本效益的方法来测试的结束产品潜在的健康影响。
我们的研究证实,提高设备功率增加电池输出电压导致显著高于总体毒性气溶胶结束。这一发现与先前的一项研究中,3发现增加设备从3.2到4.8 V电压导致毒性羰基化合物的释放增加。细胞因子水平也发现显著升高细胞暴露在高压产品。这些发现识别产品特性之间的复杂的相互作用和指向一些重要的挑战在测试不同的高压或大功率设备的毒性。我们发现在大多数细胞因子的释放显著增加细胞暴露于气溶胶生成使用PG-only载体与空气控制。有趣的是,尼古丁浓度没有明显的细胞毒性效应细胞,但诱导炎性细胞因子的释放之前报道。27
总之,我们的数据表明,组合产品,电压和口味存在细胞毒性的气道上皮细胞。结束用户应该小心使用产品之前进行更全面的研究。因为我们的研究集中于调味的急性影响产品结束,我们的观察需要验证在慢性接触模型,更贴近目的产品的正常使用。
这纸补充道
的程度不同的产品特性和成分,包括口味、影响电子尼古丁运载系统(结束)安全性和潜在毒性目前没有明确定义。
我们测试了不同类型和品牌的调味结束细胞生存能力,细胞代谢活动和在支气管上皮细胞释放炎性细胞因子直接暴露在体外刚结束气溶胶生成。
我们发现各种最终产品对不同细胞毒性,可引起不同的炎症反应细胞直接暴露于气溶胶。
这项研究显示,味道明显影响的体外毒性产品结束,和在所有测试的味道,商用流体贴上草莓是最有毒的。
确认
作者感谢Tatiana Shaurova,艾琳McConnaghy和克里斯蒂娜大国援助在气液界面运行实验。作者还要感谢切尔西科赫协助运行ELISA检测。
引用
脚注
贡献者MLG导致工作的概念。MLG PAH, NJL和瑞来斯导致了数据分析和起草了手稿。NJL,瑞来斯跑实验。所有作者批准了最终版本的手稿。MLG有完全访问所有的研究数据,并负责数据的完整性和准确性的数据分析。
资金研究报告在这发表支持国家药物滥用研究所的美国国立卫生研究院奖R01DA037446数量下,美国国家癌症研究所奖号码P30 CA016056和罗斯威尔公园联盟的基础。
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相互竞争的利益MLG报告赠款和担任顾问委员会成员制造戒烟药物的制药公司。其他作者声明没有利益冲突。
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