De e-sigaret: vloek of zegen? Op zoek naar sporen...

De e-sigaret: vloek of zegen? Met massastroom op zoek naar sporen

Frau Prof. Michaela Aufderheide
Cover Image

Professor Aufderheide is al meer dan dertig jaar actief op het gebied van celgebaseerde alternatieve methoden met inademingstoxicologie als onderzoeksprioriteit, dat wil zeggen de werking van gasvormige werkzame stoffen op de epitheelcellen van de luchtwegen. Hiertoe heeft zij met haar medewerkers speciale apparaten ontwikkeld, de gepatenteerde CULTEX RFS-modules, waarmee de gekweekte cellen met deze werkzame stoffen direct kunnen worden behandeld. De toenemende luchtvervuiling in de omgeving en op de werkplek vraagt om dusdanige nieuwe testmethodes dat prognoses kunnen worden gemaakt van de veiligheidsrisico's van dergelijke stoffen. Het uitermate gevoelige karakter van de biologische testsystemen vraagt om een stabiele en exacte technische opstelling voor het testen van de respectievelijke atmosferen, waarbij naast de CULTEX-technologie de massastroomregelaar (mass flow controller) voor het afstellen en controleren van aerosolstromen over de cellen van fundamenteel belang is.

De e-sigaret

De geschiedenis van de mensheid kenmerkt zich door haar ontvankelijkheid voor genotmiddelen. Daartoe behoren sinds het begin der tijden niet alleen bedwelmende middelen als alcohol, maar ook roken. Hoewel we ons allemaal bewust zijn van de gezondheidsrisico's geven "de meeste mensen hun ondeugden pas op als deze klachten beginnen te veroorzaken" (William Somerset Maugham).

Dit motto heeft met name betrekking op het roken. Het is algemeen bekend dat overmatig roken het risico van hart- en vaatziekten en longkanker verhoogt en toch geven we toe aan de verlokking van de "blauwe walm". Steeds opnieuw blijkt uit epidemiologische onderzoeken hoe schadelijk deze genotzucht is maar desondanks lukt het ons dikwijls niet de belofte om te stoppen met roken gestand te doen, ondanks de zekerheid dat iedere sigaret er een te veel zijn kan.

In dit verband propageert de sigarettenindustrie de e-sigaret als het alternatief. Bij de verbranding van tabak ontstaan duizenden schadelijke stoffen, die de roker natuurlijk ook inademt. Bij de e-sigaret daarentegen wordt een nevel ingeademd die geen voor de gezondheid schadelijke producten van een verbrandingsproces zou bevatten. Deze "damp" wordt geproduceerd uit een gearomatiseerde vloeistof (voornaamste ingrediënten: propyleenglycol, glycerine, ethanol, diverse smaakstoffen en nicotine naar behoefte) met behulp van een zogenaamde verstuiver.

De elektronische sigaret wordt daarom door de sigarettenindustrie aangeprezen als "gezonder" alternatief voor de gewone sigaret en ter ontwenning van het roken. Er wordt zeer veel geld geïnvesteerd om wetenschappelijk te bewijzen dat de producten van de e-sigaret niet zo schadelijk zijn als die van tabak. In principe is deze claim juist. Hij beantwoordt echter niet de vraag welke werking de "damp" op zich heeft. Wij hebben niet de beschikking over epidemiologische onderzoeken zoals bij sigarettenrook, en derhalve kan niemand uitsluiten dat overmatig of langdurig gebruik van de e-sigaret onze gezondheid zou kunnen schaden.

In-vitro-onderzoeken

Hoe kunnen we een dergelijk vraagstuk dan benaderen? Wat overblijft is het doen van in-vitro-onderzoek. Hiervoor gebruiken we levende celculturen als alternatief voor dierproeven.

Werkzame stoffen die geïnhaleerd worden, komen in de longen eerst in aanraking met de epitheelwand. Deze bestaat uit een grote hoeveelheid cellen die op grond van hun speciale functies dienen om de geïnhaleerde stoffen tegen te houden dan wel te deactiveren. Het gaat hier niet alleen om slijm producerende cellen die met hun afscheiding dergelijke schadelijke stoffen "onderscheppen", maar ook om thrilhaarcellen die dit slijm vervolgens kunnen afvoeren. Andere cellen dienen ter ontgifting, en een gezond lichaam beschikt over voldoende vervangende cellen om de beschadigde of afgestorven cellen wat betreft functionaliteit te kunnen vervangen. Op het gebied van celgebaseerd onderzoek zijn we in staat dergelijke celpopulaties van mensen ter beschikking te stellen voor onderzoek (zie afbeelding 2A). De cellen worden op microporeuze membranen gecultiveerd in zogenaamde transwells waarbij ze vanaf de onderkant over het membraan van voedingsstoffen worden voorzien, terwijl het apicale (buitenste) gedeelte van de cultuur kan reageren met de omgevingsatmosfeer.

Mass Flow Controller – the guardians of cell exposure

We hebben hier in de loop der jaren efficiënte blootstellingssystemen voor cellen ontwikkeld, de zogenaamde CULTEX®RFS Modules, die een directe, stabiele en reproduceerbare blootstelling van gecultiveerde longcellen aan de luchtvloeibaarheidsgrenslaag Air-Liquid Interface (ALI) mogelijk maken (zie afbeelding 1A). Met name deze stabiliteit staat garant voor significante resultaten en wordt enerzijds gegarandeerd door het aerosol-fysiek afgestemde ontwerp van de CULTEX®RFS Modules en anderzijds door toepassing van de computergestuurde mass flow controller (IQ+FLOW-serie en EL-FLOW Select-serie van de firma Bronkhorst), die wat betreft besturing en constructie zijn aangepast aan de vereisten van celgebaseerde blootstelling. De doorstroomregeling zorgt voor een precieze en reproduceerbare atmosfeer om de cellen aan de testgassen bloot te stellen. Juist deze robuustheid van de proefopstelling levert resultaten op waardoor conclusies over de werking van de respectievelijke testomgeving mogelijk zijn. In dit geval werd de e-sigarettendamp (50 trekjes per behandeling) en ter vergelijking daarmee gewone sigarettenrook (24 trekjes per behandeling) drukloos over de gedifferentieerde cellen getrokken waarbij de cellen gedurende acht dagen aan de respectievelijke behandelingsdosering werden blootgesteld. Als controlegroep dienden met schone lucht behandelde cellen.

Afbeeldingsomschrijving

A. CULTEX®RFS Compact met 6 transwell-posities, die afzonderlijk met de testatmosfeer in beweging gezet worden. B. De testatmosfeer wordt gecontroleerd via de massastroomregelaar gestuurd en centraal de module ingeleid, straalsgewijs over de celcultuurhouders verdeeld en voortdurend over de cellen gezogen.

De resultaten zijn samengevat in afbeelding 2 en leverden een verrassing op. De vergelijking van de histologische preparaten van de met rook en e-sigarettendamp behandelde cellen met de schoneluchtcontrolegroep liet zien dat sigarettenrook - zoals verwacht - een duidelijke vermindering van zowel de slijmproductie als het aantal trilharen en de vorming ervan tot gevolg had. Voor de e-Liquid aerosol was na deze behandelingsperiode echter een vergelijkbaar, zij het minder uitgesproken effect waarneembaar. In vergelijking met de met schone lucht behandelde cellen hebben we hier te maken met een significant effect, dat ons op zijn minst aan het denken moet zetten. De uitspraak "de damp is minder werkzaam dan rook" mag niet worden geassocieerd met de slotconclusie dat de damp geen effect heeft. In de toekomst moet deze problematiek als uitgangspunt worden genomen om profylactisch op te kunnen treden tegen langetermijnschade.

Lees meer over de gebruikte thermische massflowregelaar en de IQ+FLOW®

Afbeeldingsomschrijving

Dwarsdoorsnede van celcultuur-invoermembranen van geïmmortaliseerde NHBE-cellen (CL-1548) met HE-kleuring (hematoxyline en eosine). Na 21 dagen cultivering aan de luchtdoorstroominterface werden de cellen herhaaldelijk (dagelijks gedurende vijf dagen en na een rustperiode van twee dagen wederom gedurende drie opeenvolgende dagen, maximale blootstellingscyclus: acht herhalingen aan blootstelling met rook) blootgesteld aan zuivere lucht (CA), mainstream-sigarettenrook (CS; 4x K3R4F-sigaretten per ronde conform ISO 3308, University of Kentucky, Lexington, KY, USA) en e-liquid-damp (EC) zonder nicotine (Tennessee Cured, Johnsons Creek, Hartland, WI, USA). De K3R4F-sigaretten werden door een rookrobot gerookt en als volgt bediend: 24 trekjes met een volume van 35 ml in twee seconden, een uitblaastijd van zeven seconden en tien seconden tussen de trekjes. De elektronische sigaret van het type InSmoke Reevo Mini (InSmoke Shop, Zwitserland) werd op vergelijkbare wijze behandeld: 50 trekjes (volume 35 ml, trekduur twee seconden, low-out-tijd van zeven seconden) en tien seconden tussen de trekjes.

Meer informatie is te vinden op de website van Cultex Technology.

Wilt u op de hoogte blijven van deze en andere ontwikkelingen? Meld u aan voor onze maandelijkse nieuwsbrief!