Metodo di esposizione del solo naso degli animali e metodo di esposizione delle cellule in vitro

Assistenza nello studio degli effetti dell'inquinamento atmosferico sulla salute umana

Sfondo

L'inquinamento atmosferico è un killer silenzioso, che ogni anno causa circa 3,7 milioni di morti nel mondo, pari al 6,7% di tutti i decessi a livello globale. I decessi legati all'inquinamento atmosferico sono per lo più causati da malattie respiratorie come il cancro ai polmoni e le infezioni respiratorie. In base al tasso di emissione/fonte degli inquinanti, gli inquinanti atmosferici possono essere suddivisi in primari e secondari. Gli inquinanti atmosferici primari sono inquinanti emessi direttamente nell'atmosfera, come i processi industriali e biogenici; gli inquinanti atmosferici secondari sono inquinanti formati nell'atmosfera.

Per quanto riguarda la composizione chimica, l'inquinamento atmosferico è una miscela di gas e particolato (PM). I gas e il PM possono reagire sotto l'influenza dell'atmosfera e causare una diversa tossicità nel tempo. Si stima che fino all'87% della popolazione mondiale viva in aree 2,5 (PM<2,5) che superano le linee guida dell'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) sulla qualità dell'aria per il PM, causando circa 2,9 milioni di morti all'anno. Anche i gas presenti nell'atmosfera sono a livelli nocivi. Ad esempio, si stima che l'ozono causi 217.000 morti all'anno.

Sebbene la popolazione in generale sia colpita dall'inquinamento atmosferico, i gruppi vulnerabili come gli anziani, le donne in gravidanza, i bambini e le persone affette da alcune malattie esistenti possono essere esposti a un rischio maggiore di tassi di incidenza e mortalità correlati. Ad esempio, nei pazienti di età pari o superiore a 65 anni, l'aumento dei livelli di ozono, biossido di zolfo e monossido di carbonio all'aperto è associato a un rischio più elevato di ospedalizzazione per cause cardiovascolari. Anche i pazienti asmatici possono peggiorare la loro condizione a causa degli inquinanti atmosferici. Altri fattori sociali, come le disparità sanitarie, tra cui la malnutrizione, il basso status socio-economico e la razza, possono anche esacerbare l'impatto degli inquinanti atmosferici su di loro.

Obiettivo

Di fronte ai limiti della ricerca in vivo, è urgente trovare nuovi metodi di valutazione per misurare con maggiore precisione la tossicità dell'inquinamento atmosferico. I modelli cellulari in vitro e i modelli animali sperimentali sono due eccellenti metodi alternativi che sono emersi, in grado di valutare la tossicità dell'ambiente di prova in modo più efficiente.

Sistema di esposizione cellulare in vitro

(A) La camera di esposizione comprende una piastra di coltura porosa con un flusso di circolazione interna non diretto.

(B) Il sistema a flusso verticale, che include la piastra di coltura porosa, è dotato di ugelli che guidano direttamente il flusso d'aria sopra le cellule.

(C) Sistema a flusso orizzontale: il flusso d'aria passa attraverso una camera di coltura cellulare al di sotto del percorso di flusso.

Valutazione dei modelli in vitro

I tipi di endpoint di tossicità associati all'esposizione all'inquinamento atmosferico possono essere valutati con modelli in vitro. Le condizioni generali di esposizione in vitro si svolgono all'interfaccia aria-liquido e si possono misurare vari tipi di reazioni tossiche. Dopo l'esposizione agli inquinanti, si verificano cambiamenti nella vitalità cellulare, nei livelli di geni, proteine ed epigenomi.

Valutazione dei modelli animali

Un metodo più efficace di esposizione in vitro è lo studio delle reazioni tossiche degli animali da esperimento agli inquinanti atmosferici. Questi modelli consentono di utilizzare sistemi di generazione dell'esposizione e dispositivi sperimentali simili agli esperimenti in vitro per valutare i roditori esposti agli inquinanti atmosferici. Questi metodi possono migliorare la credibilità dei dati in vitro.

Gli esperimenti sugli animali consentono di valutare gli effetti tossicologici dell'esposizione agli inquinanti atmosferici in un ambiente più controllabile. I ratti e i topi sono i modelli più comuni, ma anche altri animali, come primati non umani, cani e conigli, sono utilizzati per valutare la tossicità dell'inquinamento atmosferico. Per esporre gli animali agli inquinanti atmosferici si possono utilizzare disegni di studio acuti, subcronici e cronici. Il disegno acuto può comprendere, ad esempio, un'esposizione di un giorno, due giorni o giornaliera, per un periodo di 5-7 giorni alla settimana, inferiore a 14 giorni. Il disegno subcronico comprende un'esposizione giornaliera simile, ma deve essere mantenuta per 90-180 giorni. La durata del disegno cronico va da 180 giorni a due anni. Dagli studi sugli animali si possono osservare molti tipi di esiti tossicologici, tra cui la mortalità generale e le anomalie e gli effetti a livello di organi, tessuti e molecole.

Conclusioni

In sintesi, secondo l'attuale ricerca scientifica, la combinazione dell'esposizione in vivo degli animali e l'esposizione in vitro delle cellule è un metodo sperimentale efficace che i ricercatori possono utilizzare per studiare gli effetti a medio e lungo termine di vari inquinanti sul corpo umano.

Il sistema di esposizione del solo naso animale e il sistema di esposizione delle cellule in vitro (ALI), che Tow-Int Tech ha sviluppato in modo indipendente, possono aiutare e accelerare la ricerca in questo settore.

Soluzioni e applicazioni

Sistema di esposizione nasale per piccoli animali Tow-Int Tech

Il Tow-Int Tech Small Animal Nose-only Exposure System è adatto per condurre esperimenti di somministrazione solo nasale e di esposizione per inalazione su topi, ratti, cavie e altri animali da esperimento. Il sistema è caratterizzato da una buona ermeticità e da una concentrazione uniforme dell'esposizione, che lo rendono adatto agli esperimenti di tossicità per inalazione solo nasale con sostanze inalabili come liquidi, polveri, aerosol di nanoparticelle e fumo. Il sistema è in grado di garantire l'uniformità della dose di inalazione dello stesso gruppo sperimentale di animali, di realizzare il rilevamento online della concentrazione degli aerosol e il campionamento online in tempo reale e di adottare un sistema di controllo ad alta precisione per garantire l'uniformità e la stabilità della contaminazione.

I sistemi di esposizione animale possono testare diverse sostanze, tra cui farmaci, inquinanti atmosferici, PM2,5, sostanze organiche, igiene industriale, prodotti chimici per l'agricoltura, ecc. È possibile condurre esperimenti di contaminazione da gas multipli, tra cui contaminazione acuta e cronica, ipobarica, iperbarica, ipossia e iperossia.

Sistema di esposizione in vitro per cellule ALI di Tow-Int Tech

Tow-Int Tech ALI Cell in Vitro Exposure System (esposizione di colture all'interfaccia gas-liquido): Le cellule vengono coltivate all'interfaccia gas-liquido ALI utilizzando la tecnologia delle membrane Transwell e poi esposte a sostanze inalabili per la contaminazione da parte del sistema di esposizione. Grazie all'esposizione della superficie cellulare alla sostanza contaminata e alla presenza del substrato della membrana nel mezzo di coltura, questo metodo simula il processo di penetrazione delle sostanze inalabili nel corpo umano.

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Riferimento:

Metodi di nuovo approccio per valutare i rischi per la salute degli inquinanti atmosferici: Considerazioni critiche sulla progettazione dei test di esposizione in vitro