Thirdhand Smoke Exposure and Health Effects Lara Gundel, - - PowerPoint PPT Presentation

Thirdhand ¡Smoke ¡Exposure ¡and ¡Health ¡Effects ¡

Lara ¡Gundel, ¡Hugo ¡Destaillats, ¡ ¡ Mohamad ¡Sleiman, ¡Jennifer ¡Logue ¡ and ¡BreA ¡Singer ¡ ¡

¡ Indoor ¡Environment ¡Group ¡ Energy ¡Analysis ¡& ¡Environmental ¡Impacts ¡Division ¡ Energy ¡Technologies ¡Area ¡ ¡

¡

¡ ¡

THS ¡is ¡receiving ¡increasing ¡aAenGon ¡… ¡

… ¡and ¡impacGng ¡the ¡media, ¡regulators ¡and ¡advocacy ¡groups ¡

Principal Investigator

• N. Benowitz (UCSF)

Co-PI

• L. Gundel (LBNL)

LBNL Chemistry, Remediation DNA damage

• H. Destaillats
• L. Gundel,
• M. Sleiman,
• J. Logue,
• J. Pankow (PSU)
• B. Hang

UCSF Human exposure Biomarkers

• N. Benowitz
• P. Jacob III
• S. Schick

Toxicology Health effects

• P. Talbot
• M. Martins-Green
• N. zur Nieden

(affiliated) SDSU Exposure Behavior Persistence G.Matt

• M. Hovell
• P. Quintana
• E. Hoh

Exposure Policy Economics

• J. Samet
• H. Wipfli

The ¡California ¡ConsorGum ¡on ¡THS ¡

Tobacco toxins that remain, react, re-emit and/or re-suspend in indoor environments Working definition: Secondhand ¡smoke ¡

¡ ¡ ü primarily ¡inhalaGon ¡ ü short ¡Gme ¡scales ¡(min ¡to ¡hs) ¡

Thirdhand ¡exposures ¡

ü inhalaGon ¡+ ¡dermal ¡+ ¡ingesGon ¡ ü long ¡Gme ¡scales: ¡up ¡to ¡months ¡

Indoor ¡ ¡ surfaces ¡

What ¡is ¡thirdhand ¡smoke ¡(THS)? ¡

• 1. Refine ¡the ¡definiGon ¡of ¡THS ¡ ¡
• 2. Understand ¡THS ¡chemistry ¡on ¡indoor ¡surfaces ¡ ¡

(e.g., ¡nicoGne ¡reacGon ¡with ¡O3 ¡and ¡other ¡species) ¡

• 3. IdenGfy ¡key ¡inhalable ¡THS ¡consGtuents ¡ ¡

(harmful ¡pollutants ¡and ¡THS ¡tracers) ¡

• 4. QuanGfy ¡the ¡harm ¡caused ¡by ¡secondhand ¡and ¡

thirdhand ¡smoke ¡

• 5. Evaluate ¡THS ¡remediaGon ¡approaches ¡ ¡

Our ¡goals ¡

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

• ­‑3
• ­‑2
• ­‑1

1 2 3

Fraction ¡in ¡the ¡gas ¡phase log ¡Vp ¡(mm ¡Hg)

naphthalene

• -­‑xylene

toluene benzene isoprene pyridine phenol nicotine d-­‑limonene MTBE 4-­‑ethenylpyridine acrolein 2,3-­‑dimethyl naphthalene 2-­‑butanone α-­‑pinene

Singer ¡et ¡al, ¡ES&T ¡2002 ¡ ¡ Singer ¡et ¡al, ¡Atmos ¡Environ ¡2003 ¡ ¡ Singer ¡et ¡al, ¡Atmos ¡Environ ¡2004 ¡ ¡ Nazaroff ¡and ¡Singer, ¡JEAEE ¡2004 ¡ ¡ Singer ¡et ¡al, ¡Atmos ¡Environ ¡2007 ¡ ¡

Nico7ne ¡adsorbs ¡and ¡ accumulates ¡on ¡surfaces… ¡ how ¡stable ¡is ¡it? ¡ ParGGoning ¡of ¡tobacco ¡ pollutants ¡in ¡furnished ¡ 50-­‑m3 ¡chamber ¡

Berkeley ¡Lab’s ¡early ¡work ¡on ¡THS ¡

“…airborne ¡concentra-on ¡of ¡some ¡ETS ¡cons-tuents ¡can ¡be ¡ significantly ¡affected ¡by ¡sorp-ve ¡interac-ons ¡with ¡indoor ¡ surfaces… ¡Exposure-­‑relevant ¡emission ¡factors ¡implicitly ¡ incorporate ¡sorp-on ¡effects ¡under ¡realis-c ¡furnishing ¡and ¡ ven-la-on ¡condi-ons.” ¡

1) ¡Ozone ¡quickly ¡oxidizes ¡nicoGne ¡ ¡

• n ¡indoor ¡surfaces

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 2) ¡We ¡observed ¡gas ¡phase ¡and ¡parGcle-­‑bound ¡ byproducts: ¡coGnine, ¡nicoGnaldehyde, ¡N-­‑methyl ¡ formamide

¡ Burbank, ¡CA ¡-­‑ ¡July ¡

Weschler, ¡2000 ¡(Indoor ¡Air) ¡

• utdoors

indoors

¡

• ¡used ¡to ¡remove ¡odors ¡
• ¡up ¡to ¡hundreds ¡of ¡ppb ¡

¡ O3 ¡ What ¡is ¡the ¡effect ¡of ¡indoor ¡ozone? ¡

MAIN ¡OZONE ¡SOUCE: ¡OUTDOOR ¡AIR ¡ OTHER ¡INDOOR ¡SOURCES: ¡ AIR ¡“PURIFIERS” ¡

Destaillats ¡et ¡al. ¡ES&T ¡2006 ¡ Teflon ¡ CoUon ¡ ¡ cloth ¡ Gypsum ¡ wallboard ¡

2000 4000 6000 8000 10000 100 200 300 400 500

m/z Intensity (counts)

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 27.9 57.3 117.6 241.4 495.8

Diameter (nm) dN/dlogP (#/cm3) [e6]

17 ¡ 84 ¡ 119 ¡

162 ¡

208 ¡ 223 ¡ 136 ¡ 149 ¡ 79 ¡ 176 ¡ 30 ¡ 45 ¡ 58 ¡ 178 ¡ 192 ¡ 107 ¡ 122 ¡

¡

¡ ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

30 ¡ ¡ ¡ ¡60 ¡ ¡ ¡120 ¡ ¡240 ¡ ¡500 ¡

Humidified ¡air ¡ (RH: ¡50%) ¡ Secondary ¡Organic ¡ Aerosol ¡(SOA) ¡yield ¡(%) ¡

9.2 ¡

Concentra7on ¡(µg ¡m-­‑3) ¡

186 ¡

Diameter ¡ ¡(nm) ¡

70 ¡and ¡120 ¡

Nico7ne ¡(m/z ¡162) ¡

Sleiman ¡et ¡al., ¡Atmos. ¡Environ. ¡2010 ¡

Ozone ¡reacGons ¡with ¡nicoGne ¡create ¡new ¡ultrafine ¡parGcles ¡

[O3]0 ¡= ¡100 ¡ppb ¡

Advanced ¡Light ¡Source ¡ Analysis ¡of ¡chemical ¡ composi7on ¡and ¡ ¡ par7cle ¡size ¡ distribu7on ¡

… ¡also ¡oxidaGon ¡products ¡that ¡are ¡ more ¡irritaGng ¡than ¡nicoGne. ¡

Co7nine ¡ ¡(176) ¡

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 27.9 57.3 117.6 241.4 495.8

Diameter (nm) dN/dlogP (#/cm3) [e5]

1000 2000 100 200 300 400 500

m/z Intensity (counts) 30 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡60 ¡ ¡ ¡ ¡120 ¡ ¡ ¡240 ¡ ¡ ¡ ¡500 ¡

380, ¡394, ¡396, ¡408, ¡ ¡ 412, ¡422, ¡436, ¡450 ¡ ¡

Nico7ne ¡ ¡ (162) ¡

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 27.9 57.3 117.6 241.4 495.8

Diameter (nm) dN/dlogP (#/cm3) [e5]

1000 2000 3000 100 200 300 400 500

m/z Intensity (counts)

30 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡60 ¡ ¡ ¡ ¡120 ¡ ¡ ¡240 ¡ ¡ ¡ ¡500 ¡

(> ¡50 ¡compounds ¡idenGfied) ¡

18 ¡μg ¡m-­‑3 ¡ 30 ¡μg ¡m-­‑3 ¡

smoke ¡ ¡ before ¡ exposure ¡ ¡to ¡O3 ¡ ¡smoke ¡ager ¡ ¡ 1 ¡hour ¡of ¡ exposure ¡ ¡ to ¡ ¡O3 ¡ ¡ (< ¡100 ¡ppbv) ¡

Sleiman ¡et ¡al., ¡Atmos. ¡Environ., ¡2010 ¡

• ligomers ¡

Ozone ¡reacGons ¡with ¡full ¡cigareAe ¡smoke: ¡smaller ¡parGcles ¡ & ¡more ¡complex ¡compounds ¡

Formation of nitrosamines

q ¡combusGon ¡(indoor ¡and ¡outdoor) ¡ ¡ q ¡heterogeneous ¡conversion ¡of ¡NOx ¡

• n ¡indoor ¡surfaces ¡yielding ¡HONO ¡(g) ¡

¡ q ¡typical ¡indoor ¡HONO ¡levels ¡are ¡ 10-­‑40 ¡ppb ¡(higher ¡than ¡outdoors) ¡

Sources of HONO and NOx

Carcinogens ¡are ¡created ¡by ¡reacGon ¡of ¡nicoGne ¡with ¡nitrous ¡ acid ¡(HONO) ¡from ¡cooking ¡with ¡gas ¡

N CH3 N O N O

NNA ¡ NNK ¡

N C N CH3 O N O H

Sleiman ¡et ¡al., ¡PNAS, ¡2010 ¡

q ¡ReacGon ¡of ¡surface-­‑bound ¡nicoGne ¡ with ¡HONO ¡formed ¡carcinogenic ¡ tobacco-­‑specific ¡nitrosamines ¡(TSNAs) ¡ ¡ ¡ ¡ q ¡NNA ¡is ¡not ¡present ¡in ¡fresh ¡smoke ¡ q ¡TSNAs ¡were ¡found ¡on ¡cabin ¡surfaces ¡

• f ¡a ¡smoker’s ¡vehicle ¡

q ¡We ¡determined ¡the ¡TSNA ¡yield ¡of ¡ formaGon ¡

Do ¡these ¡TSNA ¡levels ¡ pose ¡a ¡significant ¡ health ¡hazard ¡? ¡ ¡

¡

ImplicaGons ¡for ¡indoor ¡exposures ¡

20 40 60 80 100 120

[Nico7ne] ¡(µg ¡m-­‑2) [TSNA] ¡

¡

3 ¡– ¡300 ¡ ng ¡m-­‑2

vehicles ¡ skin ¡ households ¡

Exposure ¡ pathways ¡

dermal ¡uptake ¡ inhalaGon ¡ dust ¡ingesGon ¡

0.1 1 10 100 1000 3-Ethenylpyridine 2-Ethenylpyridine 2- & 3-Picoline 3-Ethylpyridine Myosmine Nicotine Pyridine Pyrrole Acetonitrile Acrylonitrile Propanenitrile Concentration (µg m-3) 0.1 1 10 100 1000 2,3-Butanedione 2-Butanone Acetaldehyde Acetone Acetophenone Acrolein Benzaldehyde Methacrolein MEK Chloromethane Dichloromethane Concentration (µg m-3) 0.1 1 10 100 1000 2,5-Dimethylfuran Benzene Ethylbenzene Furan Furan, 2-methyl Iso-Propylbenzene m-Ethyltoluene m,p-Xylene Naphthalene n-Propylbenzene

• -Ethyltoluene
• -Xylene

p-Ethyltoluene Styrene Toluene Concentration (µg m-3) 0.1 1 10 100 1000 Butane Isobutane n-Decane n-Nonane 1,3-Butadiene 1,3-Pentadiene 1-Butene 1-Nonene 1-Octene d-Limonene Isoprene Concentration (µg m-3)

Exposure ¡to ¡THS ¡via ¡inhalaGon ¡

Sleiman ¡et ¡al, ¡ES&T ¡ ¡2014 ¡

Amines ¡and ¡nitriles ¡ Carbonyls ¡and ¡chlorinated ¡VOCs ¡ Alkanes ¡and ¡alkenes ¡ ¡ Aroma7c ¡hydrocarbons ¡

20 ¡min ¡ 2 ¡h ¡ 18 ¡h ¡ Time ¡aqer ¡smoking ¡ literature ¡(SHS) ¡

q ¡acrolein ¡& ¡acrylonitrile ¡ exceeded ¡CA ¡reference ¡ levels ¡aqer ¡18 ¡h ¡ ¡ ¡( ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡) ¡

q Metric ¡developed ¡by ¡ WHO ¡to ¡assess ¡the ¡ burden ¡of ¡diseases ¡ ¡ q Accounts ¡for ¡years ¡of ¡ life ¡lost ¡+ ¡equivalent ¡ years ¡lost ¡to ¡disease ¡or ¡ disability ¡ ¡ q Integrates ¡different ¡ health ¡outcomes ¡ q Enables ¡idenGficaGon ¡ and ¡prioriGzaGon ¡of ¡ top ¡toxicants ¡

C: cancer NC: noncancer Car: cardiovascular

1E-05 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 10000

DALYs lost per year per 100,000

NC: ¡Car, ¡Res ¡ NC: ¡ ¡Res ¡ C: ¡Hem ¡ C: ¡Res; ¡NC: ¡ ¡Res ¡ C: ¡Rep; ¡NC: ¡Rep ¡ C: ¡Res; ¡NC: ¡ ¡Res ¡ C: ¡Hem ¡ C: ¡Res; ¡NC: ¡ ¡Hem ¡ C: ¡Rep; ¡NC: ¡ ¡N ¡ C: ¡Res; ¡NC: ¡ ¡N ¡ NC: ¡mortality ¡

N: neurological Ren: renal Rep: reproductive D: developmental Hem: hematological Hep: hepatic Res: respiratory S: skin

Sleiman ¡et ¡al, ¡ES&T ¡ ¡2014 ¡

QuanGfying ¡the ¡harm ¡caused ¡by ¡inhalable ¡THS ¡consGtuents ¡

DALYs: ¡ ¡ Disability-­‑Adjusted ¡ ¡ Life ¡Years ¡

Sleiman ¡et ¡al, ¡ES&T ¡ ¡2014 ¡

ApporGoning ¡SHS ¡and ¡THS ¡contribuGons ¡to ¡harm ¡

0 ¡ 0.1 ¡ 0.2 ¡ 0.3 ¡ 0.4 ¡ 0.5 ¡ 0 ¡ 5 ¡ 10 ¡ 15 ¡ 20 ¡ 25 ¡ 30 ¡

Cumula7ve ¡DALYs ¡lost ¡ per ¡100,000 ¡exposed ¡ Hours ¡Since ¡CigareUe ¡Was ¡Smoked ¡

0 ¡ 0.2 ¡ 0.4 ¡ 0.6 ¡ 0.8 ¡ 1 ¡ 0 ¡ 5 ¡ 10 ¡ 15 ¡ 20 ¡ 25 ¡ 30 ¡

Frac7on ¡of ¡Total ¡Damage ¡ Assumed ¡transi7on ¡from ¡SHS ¡to ¡THS ¡ Scenario ¡#2 ¡ Scenario ¡#1 ¡

SHS ¡ THS ¡

Between ¡5% ¡and ¡ 60% ¡of ¡the ¡ health ¡impacts ¡ can ¡be ¡aUributed ¡ to ¡THS ¡exposure ¡

A ¡very ¡high ¡profile ¡thirdhand ¡smoke ¡case… ¡

• Mr. ¡Ryan ¡said ¡he ¡

would ¡most ¡likely ¡rely ¡

• n ¡an ¡“ozone ¡

machine” ¡to ¡“detoxify ¡ the ¡environment” ¡of ¡ the ¡speaker’s ¡office… ¡

Summary ¡and ¡future ¡steps ¡ q THS ¡ages ¡to ¡form ¡irritants, ¡parGcles ¡and ¡

• carcinogens. ¡ ¡ ¡

q There ¡are ¡sGll ¡major ¡informaGon ¡gaps. ¡

q InformaGon ¡on ¡composiGon ¡is ¡limited ¡by ¡sampling ¡and ¡analy7cal ¡ methods; ¡especially ¡for ¡exposure ¡to ¡TSNAs ¡& ¡other ¡toxicants ¡

q Health ¡impact ¡assessment ¡should ¡be ¡refined ¡ ¡ and ¡expanded. ¡ ¡

q IdenGfy ¡key ¡compounds ¡for ¡further ¡toxicological ¡evalua7on ¡

q RemediaGon ¡of ¡THS: ¡does ¡it ¡really ¡work? ¡

q Ozona7on: ¡short-­‑term ¡and ¡long-­‑term ¡residuals ¡ q Develop ¡guidelines ¡to ¡help ¡pracGGoners ¡and ¡the ¡public ¡

q ¡Anwer ¡Mujeeb ¡& ¡colleagues ¡ (TRDRP) ¡ q ¡BreA ¡Singer, ¡Marion ¡Russell, ¡ ¡ Randy ¡Maddalena ¡ ¡ (LBNL-­‑Indoor ¡Environment ¡Group) ¡ q ¡Musahid ¡Ahmed, ¡Kevin ¡Wilson ¡ ¡ (LBNL-­‑Advanced ¡Light ¡Source) ¡ q ¡James ¡F. ¡Pankow ¡ (Portland ¡State ¡University) ¡ ¡ q ¡Peyton ¡Jacob ¡III, ¡Suzaynn ¡Schick ¡ (UCSF) ¡ q ¡California ¡THS ¡ConsorGum ¡partners ¡

Acknowledgement ¡

PotenGally ¡harmful ¡emissions ¡from ¡ electronic ¡cigareAes ¡

• H. ¡Destaillats, ¡M. ¡Sleiman, ¡ ¡
• J. ¡M. ¡Logue, ¡N. ¡Montesinos, ¡ ¡
• M. ¡Russell, ¡L. ¡Gundel ¡

¡

Indoor ¡Environment ¡Group ¡ Energy ¡Analysis ¡& ¡Environmental ¡Impacts ¡Division ¡ Energy ¡Technologies ¡Area ¡ ¡

¡

¡

COMMONLY ¡HEARD ¡ CLAIMS: ¡

• 1. E-­‑liquids ¡are ¡healthy ¡

(“food ¡grade”, ¡“natural”, ¡ ¡ “organic”, ¡“kosher”, ¡etc) ¡

• 2. Emissions ¡are ¡just ¡

“harmless ¡water ¡ vapor”… ¡ Are ¡e-­‑cigareAes ¡really ¡as ¡innocuous ¡as ¡adverGsed? ¡ ¡

E-­‑liquids ¡and ¡devices ¡used ¡in ¡this ¡study ¡

¡ ¡CT ¡ ¡BUB ¡ ¡MOJ ¡ Nico7ne ¡ 18 ¡mg ¡ 24 ¡mg ¡ 18 ¡mg ¡ PG:VG ¡ 50/50 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡? ¡ ¡ ¡ ¡ ¡? ¡ E-­‑liquids ¡ Clearomizers ¡ EGO ¡ 2.6 ¡Ω ¡ ¡ AERO ¡ 2.0 ¡Ω ¡ ¡ ¡ air ¡inlet ¡ mouthpiece ¡ Dial: ¡3.3 ¡to ¡4.8 ¡V ¡ variable ¡ voltage ¡ baAery ¡ (1650 ¡mAh) ¡ power ¡ buAon ¡ coil ¡ wick ¡

Secondhand ¡vaping ¡

Exhaled ¡mainstream ¡smoke ¡ ¡ + ¡ ¡ Sidestream ¡smoke ¡ (smoldering) ¡ ONLY ¡ Exhaled ¡mainstream ¡vapor ¡ ¡ ¡ Also, ¡topography ¡of ¡vaping ¡ can ¡be ¡very ¡different ¡from ¡ that ¡of ¡smoking… ¡ ¡

Vaping ¡in ¡the ¡laboratory ¡

5 10 15 20 25 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

T emperature ¡(°C ) time ¡(min)

¡eG O ¡AE R O 10 20 30 40 50

¡# ¡of ¡puffs

Profiles ¡of ¡vapor ¡temperature ¡at ¡3.8 ¡ V ¡

• Used ¡mechanical ¡system ¡to ¡simulate ¡

puffing ¡topography ¡

• Thermocouple ¡placed ¡in ¡mouthpiece ¡
• AERO ¡(2 ¡coils) ¡had ¡consistently ¡lower ¡

temperatures ¡than ¡EGO ¡(one ¡coil) ¡

• Samples ¡were ¡collected ¡for ¡two ¡

different ¡vaping ¡regimes: ¡ INITIAL: ¡first ¡5 ¡puffs ¡ STEADY-­‑STATE: ¡aqer ¡puff ¡#30 ¡ Typical ¡e-­‑cigareAe ¡topography: ¡

• vaping ¡rate: ¡2 ¡– ¡4 ¡puff ¡min-­‑1 ¡
• puff ¡volume: ¡∼50 ¡mL ¡
• puff ¡duraGon: ¡2 ¡– ¡8 ¡s ¡
• inter-­‑puff ¡interval: ¡18 ¡– ¡30 ¡s ¡
• puffing ¡flow ¡rate: ¡∼ ¡20 ¡mL ¡s-­‑1 ¡ ¡

VOCs ¡emiAed ¡at ¡3.8 ¡V ¡

2.44 0.27 0.04 36.70 2.93 1.09

10 20 30 40 50 Formaldehyde Acetaldehyde Acrolein

Content in one puff (ng/mg) eGO Apollo (I) Aerotank Apollo (I)

0.07 0.50 0.04 2.08 0.17 1.44 0.20 3.46

1 2 3 4 Diacetyl Acetol Glycidol Nicotyrine

Content in one puff (µg/mg) eGO Apollo (I) Aerotank Apollo (I)

0.09 0.30 0.05 2.83 0.44 1.37 0.38 6.29

2 4 6 8 Diacetyl Acetol Glycidol Nicotyrine

Content in one puff (µg/mg) eGO Apollo (S) Aerotank Apollo (S)

1.30 0.26 0.12 45.40 9.22 8.62

10 20 30 40 50 Formaldehyde Acetaldehyde Acrolein

Content in one puff (ng/mg) eGO Apollo (S) Aerotank Apollo (S)

INITIAL ¡ STEADY ¡ STATE ¡

q ¡Anwer ¡Mujeeb ¡& ¡colleagues ¡ (TRDRP) ¡ q BreA ¡Singer, ¡Marion ¡Russell, ¡ ¡ Randy ¡Maddalena ¡ ¡ (LBNL-­‑Indoor ¡Environment ¡Group) ¡ q California ¡THS ¡ConsorGum ¡partners ¡

Acknowledgement ¡

2015 ¡(Nov) ¡Berkeley ¡Lab ¡Community ¡Advisory ¡Group ¡Meeting ¡

Bo ¡Hang, ¡Ph.D. ¡ Biological ¡Systems ¡& ¡Engineering ¡Division ¡ Lawrence ¡Berkeley ¡National ¡Lab ¡ ¡

Health Impact of Thirdhand Smoke: DNA Damage and Other Adverse Changes

2010: ¡my ¡first ¡grant ¡on ¡THS ¡ ¡

Is ¡thirdhand ¡smoke ¡(THS) ¡harmful ¡to ¡ human ¡health? ¡ ¡

Next ¡generation ¡of ¡ ¡ toxicology ¡tests ¡ ¡ ¡ THS ¡has ¡become ¡an ¡increasing ¡public ¡health ¡concern. ¡ However, ¡little ¡is ¡known ¡about ¡its ¡health ¡impact ¡

Genotoxicity ¡and ¡other ¡biological ¡effects ¡

q ¡Genotoxicity ¡studies: ¡ ¡ Ø DNA ¡strand ¡breaks ¡ Ø Oxidative ¡DNA ¡damage ¡(gene ¡damage) ¡ Ø DNA ¡adducts ¡(esp. ¡bulky ¡adducts) ¡ q ¡Metabolomics ¡studies ¡ q ¡Development ¡studies ¡(windows ¡of ¡susceptibility) ¡ q ¡Immunological ¡function ¡studies ¡

What ¡have ¡we ¡done ¡regarding ¡the ¡effects ¡

• f ¡THS ¡exposure? ¡

¡

2010-2015

Strand beaks: THS causes DNA strand breaks in human cells The ¡Comet ¡assay ¡

NNA induces DNA strand breaks in human cells

These ¡effective ¡dose ¡ranges ¡observed ¡as ¡per ¡milliliter ¡are ¡comparable ¡with ¡the ¡total ¡ ¡ amounts ¡of ¡NNA ¡and ¡NNK ¡deposited ¡per ¡square ¡meter ¡of ¡the ¡real ¡life ¡surface ¡area ¡

Strand beaks: DNA ¡double-­‑strand ¡breaks ¡induced ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡by ¡exposure ¡to ¡THS ¡ ¡ ¡

53BP1/γ-­‑H2AX ¡foci ¡formation ¡

DSBs ¡are ¡most ¡genotoxic ¡ DNA ¡lesions ¡leading ¡to ¡ genome ¡instability, ¡ which ¡could ¡causes ¡ cancer ¡

Gene damage: THS induces oxidative DNA damage

In genes of cultured human cells Long ¡amplicon ¡– ¡qPCR ¡assay ¡ THS ¡exposure ¡causes ¡oxidative ¡ DNA ¡damage ¡in ¡both ¡in ¡vitro ¡and ¡ in ¡vivo ¡systems ¡ ¡ Oxidative ¡DNA ¡damage ¡can ¡lead ¡ to ¡disease-­‑causing ¡mutations, ¡such ¡ as ¡in ¡cancer ¡

Soft ¡agar ¡assay ¡

Cell ¡transformation: ¡THS ¡induces ¡anchorage-­‑ ¡ independent ¡growth ¡in ¡3D ¡culture ¡

Colony ¡formation ¡ ¡

The ¡soft ¡agar ¡assay ¡was ¡used ¡to ¡confirm ¡cellular ¡anchorage-­‑ independent ¡growth ¡in ¡vitro, ¡which ¡is ¡the ¡tumorigenic ¡potential ¡of ¡ transformed ¡cells. ¡

DNA ¡adducts: ¡Identification ¡of ¡NNA-­‑dG ¡adducts ¡formed ¡ in ¡vitro ¡ ¡

¡

THS ¡compound ¡NNA ¡forms ¡a ¡novel ¡covalent ¡dG ¡adduct, ¡1,N2-­‑NNA-­‑dG ¡

From ¡the ¡American ¡Chemical ¡Society ¡(ACS) ¡

2014 2013 THS ¡is ¡becoming ¡ ¡ a ¡national ¡ ¡ concern ¡

National ¡Public ¡Radio: ¡ Scientists ¡search ¡for ¡toxins ¡in ¡ cigarette ¡smoke ¡residue ¡ (2014.3.17) ¡ ¡ National ¡Geographic: ¡ Thirdhand ¡smoke ¡is ¡real ¡-­‑ ¡and ¡ risky ¡to ¡your ¡health ¡(2014.3.20) ¡ ¡ ¡ Men’s ¡Health: ¡Health ¡danger: ¡ thirdhand ¡smoke ¡(2014.3.24) ¡ ¡ American ¡Baby ¡Magazine ¡ （2014.8） ¡

From ¡the ¡media ¡ ¡

Conclusions ¡ § This ¡was ¡the ¡first ¡genotoxic ¡study ¡of ¡its ¡kind ¡on ¡ thirdhand ¡smoke ¡(THS) ¡ § Our ¡findings ¡show ¡that ¡thirdhand ¡smoke ¡present ¡ health ¡hazards ¡and ¡potential ¡cancer ¡risk ¡to ¡the ¡ public ¡ § Our ¡findings ¡have ¡raised ¡awareness ¡around ¡the ¡ health ¡issues ¡of ¡thirdhand ¡smoke ¡and ¡have ¡already ¡ led ¡to ¡a ¡change ¡in ¡state ¡policy ¡

2015 ¡(Nov) ¡Berkeley ¡Lab ¡Community ¡Advisory ¡Group ¡Meeting ¡

Bo ¡Hang, ¡Ph.D. ¡ Biological ¡Systems ¡& ¡Engineering ¡Division ¡ Lawrence ¡Berkeley ¡National ¡Lab ¡ ¡

Health Impact of Thirdhand Smoke: DNA Damage and Other Adverse Changes

2010: ¡my ¡first ¡grant ¡on ¡THS ¡ ¡

Is ¡thirdhand ¡smoke ¡(THS) ¡harmful ¡to ¡ human ¡health? ¡ ¡

Next ¡generation ¡of ¡ ¡ toxicology ¡tests ¡ ¡ ¡ THS ¡has ¡become ¡an ¡increasing ¡public ¡health ¡concern. ¡ However, ¡little ¡is ¡known ¡about ¡its ¡health ¡impact ¡

Genotoxicity ¡and ¡other ¡biological ¡effects ¡

q ¡Genotoxicity ¡studies: ¡ ¡ Ø DNA ¡strand ¡breaks ¡ Ø Oxidative ¡DNA ¡damage ¡(gene ¡damage) ¡ Ø DNA ¡adducts ¡(esp. ¡bulky ¡adducts) ¡ q ¡Metabolomics ¡studies ¡ q ¡Development ¡studies ¡(windows ¡of ¡susceptibility) ¡ q ¡Immunological ¡function ¡studies ¡

What ¡have ¡we ¡done ¡regarding ¡the ¡effects ¡

• f ¡THS ¡exposure? ¡

¡

2010-2015

Strand beaks: THS causes DNA strand breaks in human cells The ¡Comet ¡assay ¡

NNA induces DNA strand breaks in human cells

These ¡effective ¡dose ¡ranges ¡observed ¡as ¡per ¡milliliter ¡are ¡comparable ¡with ¡the ¡total ¡ ¡ amounts ¡of ¡NNA ¡and ¡NNK ¡deposited ¡per ¡square ¡meter ¡of ¡the ¡real ¡life ¡surface ¡area ¡

Strand beaks: DNA ¡double-­‑strand ¡breaks ¡induced ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡by ¡exposure ¡to ¡THS ¡ ¡ ¡

53BP1/γ-­‑H2AX ¡foci ¡formation ¡

DSBs ¡are ¡most ¡genotoxic ¡ DNA ¡lesions ¡leading ¡to ¡ genome ¡instability, ¡ which ¡could ¡causes ¡ cancer ¡

Gene damage: THS induces oxidative DNA damage

In genes of cultured human cells Long ¡amplicon ¡– ¡qPCR ¡assay ¡ THS ¡exposure ¡causes ¡oxidative ¡ DNA ¡damage ¡in ¡both ¡in ¡vitro ¡and ¡ in ¡vivo ¡systems ¡ ¡ Oxidative ¡DNA ¡damage ¡can ¡lead ¡ to ¡disease-­‑causing ¡mutations, ¡such ¡ as ¡in ¡cancer ¡

Soft ¡agar ¡assay ¡

Cell ¡transformation: ¡THS ¡induces ¡anchorage-­‑ ¡ independent ¡growth ¡in ¡3D ¡culture ¡

Colony ¡formation ¡ ¡

The ¡soft ¡agar ¡assay ¡was ¡used ¡to ¡confirm ¡cellular ¡anchorage-­‑ independent ¡growth ¡in ¡vitro, ¡which ¡is ¡the ¡tumorigenic ¡potential ¡of ¡ transformed ¡cells. ¡

DNA ¡adducts: ¡Identification ¡of ¡NNA-­‑dG ¡adducts ¡formed ¡ in ¡vitro ¡ ¡

¡

THS ¡compound ¡NNA ¡forms ¡a ¡novel ¡covalent ¡dG ¡adduct, ¡1,N2-­‑NNA-­‑dG ¡

From ¡the ¡American ¡Chemical ¡Society ¡(ACS) ¡

2014 2013 THS ¡is ¡becoming ¡ ¡ a ¡national ¡ ¡ concern ¡

National ¡Public ¡Radio: ¡ Scientists ¡search ¡for ¡toxins ¡in ¡ cigarette ¡smoke ¡residue ¡ (2014.3.17) ¡ ¡ National ¡Geographic: ¡ Thirdhand ¡smoke ¡is ¡real ¡-­‑ ¡and ¡ risky ¡to ¡your ¡health ¡(2014.3.20) ¡ ¡ ¡ Men’s ¡Health: ¡Health ¡danger: ¡ thirdhand ¡smoke ¡(2014.3.24) ¡ ¡ American ¡Baby ¡Magazine ¡ （2014.8） ¡

From ¡the ¡media ¡ ¡

Conclusions ¡ § This ¡was ¡the ¡first ¡genotoxic ¡study ¡of ¡its ¡kind ¡on ¡ thirdhand ¡smoke ¡(THS) ¡ § Our ¡findings ¡show ¡that ¡thirdhand ¡smoke ¡present ¡ health ¡hazards ¡and ¡potential ¡cancer ¡risk ¡to ¡the ¡ public ¡ § Our ¡findings ¡have ¡raised ¡awareness ¡around ¡the ¡ health ¡issues ¡of ¡thirdhand ¡smoke ¡and ¡have ¡already ¡ led ¡to ¡a ¡change ¡in ¡state ¡policy ¡