(A)의 안전주의 사항 및 운영 절차 BSL-4 실험실 3. 공중 생물학
Summary
As high-consequence pathogens can potentially infect subjects through airborne particles, aerobiology has been increasingly applied in pathogenesis research and medical countermeasure development. We present a detailed visual demonstration of aerobiology procedures during an aerosol challenge in nonhuman primates in an animal biosafety level 4 maximum containment environment.
Abstract
Aerosol or inhalational studies of high-consequence pathogens have recently been increasing in number due to the perceived threat of intentional aerosol releases or unexpected natural aerosol transmission. Specific laboratories designed to perform these experiments require tremendous engineering controls to provide a safe and secure working environment and constant systems maintenance to sustain functionality. Class III biosafety cabinets, also referred to as gloveboxes, are gas-tight enclosures with non-opening windows. These cabinets are maintained under negative pressure by double high-efficiency-particulate-air (HEPA)-filtered exhaust systems and are the ideal primary containment for housing aerosolization equipment. A well planned workflow between staff members within high containment from, for instance, an animal biosafety level-4 (ABSL-4) suit laboratory to the ABSL-4 cabinet laboratory is a crucial component for successful experimentation. For smooth study execution, establishing a communication network, moving equipment and subjects, and setting up and placing equipment, requires staff members to meticulously plan procedures prior to study initiation. Here, we provide an overview and a visual representation of how aerobiology research is conducted at the National Institutes of Health, National Institute of Allergy and Infectious Diseases Integrated Research Facility at Fort Detrick, Maryland, USA, within an ABSL-4 environment.
Introduction
바이러스의 전송은 일반적으로 에어로졸 또는 호흡기 방울에 의해 전송되는 병원체에 의해 발생하는 직접 또는 신체 접촉하지만, 많은 중요한 바이러스 성 질병 (예를 들어, 홍역, 수두, 인플루엔자)에 의해 발생합니다. 이러한 병원균 작업의 손실과 관련된 폭 넓은 경증 질환에 이르기까지 결과와 유행성 독감을 일으킬 가능성이있다 (예를 들면, 감기)의 높은 치사율 (예를 들어, 천연두) 심각한 질환을 희귀합니다. 에어로졸 또는 의도적 인 에어로졸 방출에 의해 자연적으로 확산 높은 결과 병원균은 (생물 무기) 공중 생물학 1에 특별한 관심입니다. 인간은 빠르게 기침, 2 재채기, 큰 호흡 방울 또는 작은 입자 핵 이러한 병원균의 일부에 감염 쉽게 타액 분비물을 통해 다른 사람에게 이러한 병원균 확산 될 수 있습니다. 미국 디펜스 커뮤니티에서 높은 결과 병원체 (예를 들어, 필로 바이러스 또는 다른 NIAID 칼슘tegory AC 우선 순위 병원균과 CDC 생물 테러 에이전트) 관련 감염 3,4의 높은 치사율에 의한 에어로졸의 연구 프로그램의 초점이다. 공중 생물학 분야에서 중요한 과학적 진보로 인해 에어로졸 장비 및 높은 밀폐 시설 (5, 6)의 기술 진보에 지난 십년 내에되었습니다. 건강의 국립 연구소, 알레르기 국립 연구소 감염증 (NIH / NIAID), 프레드릭, MD, USA (IRF-프레드릭)에있는 포트 데 트릭에서 통합 연구 시설의 연구는 동물 바이오 안전성을 필요로 높은 결과 신흥 병원균에 초점을 맞추고 레벨 4 (ABSL-4) 봉쇄. IRF-프레드릭의 전반적인 임무는 평가하고 후보 백신과 치료제 (의료 대책)의 개발을 촉진하는 것입니다.
IRF-프레드릭에서 높은 결과 병원균과 연구는 엄격한 바이오 안전성 및 동물 관리 및 사용 요구 사항이 적용됩니다. 이들의 requirements는 미생물 및 생물 의학 연구소 (BMBL) 수동 (7)와 연방 정부의 동물 복지 규정에 바이오 안전성에 설명되어 있습니다.이 필요한 요구 사항을 수행 할 수있는 연구의 종류를 제한하고 전체 연구 설계에 영향을 미칠 수 있습니다. 우리가 이전에이 저널에 설명 된 바와 같이, ABSL-4 환경에서 수행하는 모든 연구는 특정주의, 고도의 전문 교육, 강력하고 중복 시설 인프라 8,9가 필요합니다.
IRF-프레드릭 ABSL-4 정장 실험실 진출 양복 팔을 캡슐화 긍정적 인 압력을 걸치고 필요합니다. 정장을 캡슐화 긍정적 인 압력은 ABSL-4 캐비닛 연구소를 입력 할 필요가 없습니다. ABSL-4 캐비닛 실험실 (7)의 인증 클래스 III 바이오 안전성 캐비닛 (BSC) 내에서 위험 그룹 4 감염성 물질을 조작 할 때 스크럽 정장, 고무 또는 니트릴 장갑, 그리고 가까운 터진 신발을 걸치고 것은 적절하다.
IRF-프레드릭에서, 에어로졸 장치는 설계 조립하고, 두 개의 밀폐 스테인레스 스틸 밀폐, 부압 클래스 III BSC들,도 1에서 유지된다. IRF-프레드릭 공중 생물학 코어 자동 에어로졸 관리 플랫폼 (고용 AAMP)을 제어하고 이러한 BSC들 내에서 에어로졸 실험, 그림 2를 모니터링 할 수 있습니다. 이전의 출판물이 IRF-프레드릭의 클래스 III BSC들과 통과 포트 (5)을 통하여 소송 실험실에 대한 연결의 특정 기능을 설명했다. 실험 전에 클래스 III BSC 제조 절차는 IRF 다릅니다. 다른 기관에서 사용되는 다른 클래스 III의 BSC는 IRF에서 사용 클래스 III BSC 유사한 기능을하지만, 전송, 액세스, 또는 도킹에 대해 서로 다른 메커니즘을 가질 수있다.
더 높은 결과 병원균이 감염성을 유지하는 방법을 이해하고 에어로졸 전송을 통해 확산, 안전 AErobiological 실험은 특정 워크 플로우 절차에 따라 이러한 클래스 III BSC들에서 수행해야합니다. 연구진은 신중하고 철저하게 안전하고 일관된 방식으로 다음에이 워크 플로우를 보장하기 위해 훈련을하고있다. 인간이 아닌 영장류 (NHP) 에어로졸 도전, 여러 에어로졸의 특성 또는 가짜 에어로졸 실행하기 전에이 에어로졸 형태의 안정성과 생존 에이전트의 경우를 테스트하기 위해 수행된다. 에어로졸 특성화 공정은 실제 에어로졸 챌린지를 모방하고, 연구자는 에어로졸 연구와 관련된 변수를 평가한다.
워크 플로의 또 다른 부분은 각 NHP에 대한 차트에 물리적 조작, 관리 또는 마취제 또는 다른 에이전트, 또는 일상적인 절차를 기록하는 것입니다. 이 주제 차트는 절차의 일관성과 표준화를 보장하기 위해 철저하게 분석한다. 주제는 노출 에어로졸 이전에 마취되어있다. 예 마취제는 tiletamine / zolazepam, 케타민 / 아세 프로 마진, 그리고 ketami 포함네브라스카. 마취제는 호흡 억제 및 제어, 정상 호흡의 추진을 최소화에 따라 선택된다. 추가 마취 공급 장치는 동물 절차 룸에서 유지하고 공중 생물학 ABSL-4 캐비닛 실험실에 NHP로 전송 카트 운반된다.
ABSL-4 정장 실험실 내에서 NHPs 두 가지 방법 (즉, 헤드 아웃 체적 변동 측정기, 호흡 유도 혈량 측정법 [RIP]) 흡기 호흡량을 결정 중 하나를 통해 체적 변동 측정기를 받아야하고 속도를 호흡하는 10-12을 변경합니다. 이 파생 된 매개 변수 또는 에어로졸에 노출시 직전 병원체의 추정 흡입 투여 량의 정확한 계산에 사용됩니다. 헤드 아웃 혈량 측정법은 NHP (13)를 수용 긴 원통형 챔버를 사용합니다. 동물이 실린더 인 경우 생성되는 압력 강하는 교류 / 직접 CURREN 처리, 증폭기에 전달하는 pneumotachograph 의해 캡처t 변환기 및 상기 폐 파라미터를 유도하기 위해 소프트웨어로 통합. RIP는 피사체의 가슴과 복부 (11, 12)의 주위에 신축성 밴드에 내장 된 유도 코일 구리 와이어로 만들어진 센서를 사용합니다. 유도 – 용량 센서에 자계를 생성한다. 호흡 자기장을 변경하고, 생성 된 전압의 변화는 단파장 초고 주파수 전파를 통해 컴퓨터에 수신기 옆 탄성 밴드 송신기로부터 중계된다. 전용 소프트웨어는 호흡 속도와 총 흉부 변위에서 호흡량을 결정합니다.
혈량 측정법을 통해 얻어진 체적 분 (MV)를 추정 흡입 투여 량 (D)의 계산에 사용된다. 에어로졸을 생성하고 샘플링에서, 상기 에어로졸의 농도 (AC)는 미디어 (V)의 양으로 biosampler 농도 (BC)를 승산하고 의해 biosampler (FL)의 유량을 곱한 결과로 나누어 계산노출 시간 (T). 단순화 된 공식은 AC = BC의 X의 V로 표시됩니다 ÷ FL X T. 차례로, NHPs의 실제 에어로졸 도전, D가 MV와 노출 시간 (시간 = T)에 의해 AC를 곱하여 계산한다. 단순화 된 공식은 D = AC X MV X T.으로 표시됩니다
이 문서의 목적은 시각적으로 두 관점의 ABSL-4 정장 연구소 측과 ABSL-4 캐비닛 실험실 측에서 NHPs를 사용하여 전체 에어로졸 도전 과정을 보여이다. 이러한 절차가 언급 한 몇 가지 사례에 대한 자연에서 일반적 일 수 있지만, 그들은 IRF-프레드릭 공중 생물학 코어에 고유 한이 기관에서 사용되는 실제 사례를 나타냅니다. 이 문서 안전하게 에어로졸 도전이 아닌 실제 에어로졸 도전 자체를 수행하는 데 필요한 바이오 안전성 절차에 초점을 맞추고있다. 이 과정에서, 우리는 NHP를 마취와 관련된 위험으로 인해 바이오 안전성 관행을 보여 더미 주제를 사용하고 있습니다. PERFO의 그러나 과정절차에 관계없이 사용 높은 결과 병원균의 동일하기 때문에 에어로졸 도전을 rming하는 일반적인 방법으로 기록됩니다. 우리는 최대 봉쇄 조건에서 높은 결과 병원균의 에어로졸 연구를 수행의 엄함에 대한 과학자들의 지식과 이해를 증진하는 것을 목표로하고 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
우리는 매우 위험 (리스크 그룹 4) 병원체 작업에 대한 IRF-프레드릭에서 사용되는 공중 생물학 절차를 설명합니다. bioaerosol 절차를 시각화 한 목적은 실험실 내 감염을 방지하기 위해 이러한 병원체의 실험 동안 클래스 III BSC를 사용할 때 스태프의 안전을 강조하는 것이다. 클래스 III BSC들 병원체 실험실 (그림 1)에 포함되도록 이중 HEPA 필터로 배출 안쪽 방향의 공기 흐름을 유지한다. …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The content of this publication does not necessarily reflect the views or policies of the US Department of Health and Human Services (DHHS) or of the institutions and companies affiliated with the authors. This work was funded in part through Battelle Memorial Institute’s prime contract with the US National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID) under Contract No. HHSN272200700016I. J.K.B., K.J., M.R.H., D.P., L.B., and J.W. performed this work as employees of Battelle Memorial Institute. Subcontractors to Battelle Memorial Institute who performed this work are: J.H.K., an employee of Tunnell Government Services, Inc.; and M.G.L., an employee of Lovelace Respiratory Research Institute.
Materials
| Micro-Chem Plus | National Chemical Laboratories | 255 | |
| Ethanol | Fisher | BP2818500 | |
| Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | 441244 | |
| Class III BSC | Germfree | DGB-10 | |
| Integrated BSC gloves | Piercan | 10UY2032-9 | |
| Aerosol Management Platform (AeroMP) | Biaera Technologies | NA | |
| Head-out plethysmography | Buxco/Data Sciences International | NA | |
| Respriatory inductive plethysmography | Data Sciences International | NA | |
| Centered flow tangential aerosol generator (CenTAG) | CH Technologies | NA | |
| Collison nebulizer | BGI Inc. | CN25 | |
| Autoclave | Getinge | GEB 2404 AMB-2 | |
| Sperian positive-pressure suit | Honeywell Safety Products | BSL 4-2 | |
| Outer suit gloves (latex, Ansell Canners and Handlers) | Fisher | 19-019-601 | |
| Outer suit gloves (nitrile/rubber, MAPA) | Fisher | 2MYU1 | |
| Scrubs | Cintas | 60975/60976 | |
| Socks | Cintas | 944 | |
| Duct tape | Pack-N-Tape | 51131069695 | |
| Towels | Cintas | 2720 | |
| O-rings | O-ring warehouse | AS568-343 | |
| Overshoes | Amazon | B0034KZE22 | |
| Zip lube | Amazon | B000GKBEJA |
References
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