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浙江大学建成国内首个电子雾化制品生物学安全评估平台

通过电子装置雾化特定植物、植物萃取液和化合物产生烟气的制品近年来大量涌现,例如电子烟、雾化本草(植物天然药材萃取液雾化)、加热…

通过电子装置雾化特定植物、植物萃取液和化合物产生烟气的制品近年来大量涌现,例如电子烟、雾化本草(植物天然药材萃取液雾化)、加热不燃烧烟草、低温本草、雾化药物和雾化护肤品等等。

这些产品已经或正在上市,特别是电子烟作为一种新型烟草制品,已在欧美和中国市场上大量出现,青年人趋之若鹜。

那么这些雾化烟气制品安全性如何?它们比传统产品是否风险降低了(如电子烟相对于普通卷烟)?

浙江大学空气污染与健康研究中心和IBM生物计算实验室樊龙江教授团队一直致力于建立传统和新型烟草制品风险的生物学评价方法,包括实验平台及其风险评估方法。

经过几年建设,他们目前建成了国内首个可以对电子雾化制品等进行生物学安全评估的实验平台。

该平台包括三个核心部分:一台全自动雾化烟气发生机械装置、一个三维(3D)细胞暴露模型和一个组学数据生物信息学计算系统。
 
图 浙江大学建成的国内首个电子雾化制品生物学安全评估实验与分析平台

A-B为烟雾发生机械装置

A为烟雾产生器;

B为雾化烟气稀释系统;

C-D体外细胞烟雾暴露系统

C为3D细胞暴露系统;

D为蠕动泵、培养液及其恒温循环系统

其中:

雾化烟气发生机械装置产生模拟烟气

雾化烟气发生机械装置为国际公认的德国Bolgwalt RM20S系统,它可以根据抽吸规律连续产生来自雾化和卷烟制品的烟气并进行精准稀释,可以按照预设的烟气浓度稳定排出雾化烟气,用于下游细胞暴露系统实验;

三维细胞暴露模型完全模仿人肺环境

三维细胞暴露模型通过蠕动泵、暴露皿、恒温系统和特定培养液循环等,完全模仿人肺环境。暴露细胞可以选择永生系细胞(如人肺支气管上皮细胞BEAS_2B)、原代细胞及类器官(如肺类器官、皮肤类器官)等,此外,针对小鼠暴露模型,RM20S系统完全适配小鼠全身暴露系统和口鼻式吸入暴露系统;

生物信息学计算系统进行大数据分析

生物信息学计算系统用于暴露后细胞产生的转录组、蛋白质组等组学大数据分析,以此计算烟雾对细胞代谢途径的扰动程度,用于估计风险大小。
平台上待测的电子烟产品(左)和组学大数据生物信息学分析计算系统(右)

基于该实验平台,樊龙江教授团队联合浙大医学院及其附属医院有关研究人员,开发了基于细胞转录组等组学数据的系统生物学风险评估算法——SPPA(signaling pathway perturbation analysis)算法,近期发表在国际期刊《Scientific Reports》上。

通过测定经烟雾暴露的细胞转录组、蛋白质组等组学数据,可以评估雾化烟气对于细胞癌症发生、肺等脏器疾病相关代谢途径的扰动情况,同时结合细胞表型变化(电阻率、中性红细胞活性及细胞状态显微观察),以此进行风险评估。

该算法在实际应用测试中取得了理想效果。这是国际上提出的第二种基于系统生物学的算法,不同于先前提出的算法(2019年由PM烟草企业提出),引起国际烟草行业的广泛关注。

目前浙江大学是国际烟草科学研究合作组织 (CORESTA, Cooperation Centre for Scientific Research Relative to Tobacco)的“体外毒理测验”(In vitro Toxicity Testing)工作组成员,是唯一一家非烟草行业研究机构。该工作组成员目前仅包含几家主要国际烟草企业。

樊龙江教授团队提出雾化烟气制品安全的系统生物学风险评估方法(SPPA算法)
 

A、国际期刊《Scientific Reports》发表的论文首页
 

B、雾化烟气对癌症发生、肺等脏器疾病相关代谢途径基因扰动影响程度(ES)的测验结果——以慢性阻塞性肺疾病(COPD)为例

生物学安全评价是目前香烟等烟雾制品风险评估的一个国际趋势和做法,它不同于化学评价。化学评价是根据制品中包含的尼古丁、焦油等有害成分含量多少进行评价。

作为学术机构,浙江大学建成的国内首个雾化烟气制品生物学安全评估平台,将为国内外生产的电子雾化制品(电子烟、雾化本草、加热不燃烧烟草、低温本草等产品)和普通卷烟的安全评价提供公正的第三方评估,预期可以极大提升我国相关产品安全评价手段和水平。

来源:浙江大学樊龙江教授团队

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