The Vaping Epidemic and Pregnancy - UI Health Care...10/1/2020 1 The Vaping Epidemic and Pregnancy Donna Santillan, PhD Round table October 15, 2020 Disclosures Therapeutic strategies

10/1/2020

1

The Vaping Epidemicand Pregnancy

Donna Santillan, PhDRound tableOctober 15, 2020

Disclosures

Therapeutic strategies for the treatment of preeclampsiaPatent number: 9937182Abstract: Compositions and methods for treating preeclampsia in a subject in need thereof are disclosed.Issued in US and Europe.

Never smoked or used e‐cigarettes

1

2

10/1/2020

2

Objective

• Review trends and current research related to e‐cigarette use in pregnancy

Reducing Cigarette Use• Public health advancement to reduce cigarette smoking 

• Drug Abuse Resistance Education (D.A.R.E) founded in 1983• Family Smoking Prevention and Tobacco Control Act (2009)  

1950s Pro‐Cigarette Ad 1983 D.A.R.E. Founded 1998 The Truth CampaignTobacco Control Legal Consortium. Tobacco Product Marketing Restrictions. July 2009.

3

4

10/1/2020

3

Cigarette use by adults has declined.

Cigarette use during pregnancy leads to an increased risk of:• miscarriage• placental abruption• ectopic pregnancy• placenta previa• premature lung development• abnormal brain development• low birth weight• premature birth• birth defects of the mouth and lip• sudden infant death syndrome “But… what if I switch to e‐cigarettes instead?”

Roelands J, Jamison MG, Lyerly AD, James AH. Consequences of smoking during pregnancy 

on maternal health. Journal of women's health. 2009;18:867‐872 

5

6

10/1/2020

4

One pack of cigarettes

20 cigarettes 1 pod

Is vaping safe?

There are no long‐term studies to back up claims that the vapor from e‐cigarettes is less harmful than conventional smoke.

Little is known about long‐term health effects.

59 deaths Over 2600 vaping related lung illnesses

7

8

10/1/2020

5

The issue with Flavorings• Appeal to kids• Meant to digest, not inhale

• After exposing cultured endothelial cells to high doses of:• menthol (mint)• acetylpyridine (burnt flavor)• vanillin (vanilla)• cinnamaldehyde (cinnamon)• eugenol (clove)• diacetyl (butter)• dimethylpyrazine (strawberry)• isoamyl acetate (banana)• eucalyptol (eucalyptus)

Cell deathandReactive oxygen species production, decreased nitric oxide

Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology, 2018

E‐Cigarette Use in Pregnancy

Liu B, Xu G, Rong S, Santillan DA, Santillan MK, Snetselaar LG, Bao W. JAMA Pediatrics. 173(6) June 2019

Buyun Liu, PhD

Wei Bao MD, PhD

9

10

10/1/2020

6

Prevalence among 

Reproductive Age Women

Liu B, Xu G, Rong S, Santillan DA, Santillan MK, Snetselaar LG, Bao W. JAMA Pediatrics. 173(6) June 

2019

Perceptions of Vaping in Pregnancy

57%

Journal of Addiction Medicine: July/August 2015 ‐ Volume 9 ‐ Issue 4 ‐ p 266–272

contain nicotine

61%

be addictive

43%

safer for fetus 

74 %

safer for mother

72%

helps smoking cessation

11

12

10/1/2020

7

Smoking is underreported in pregnancy20% of pregnant smokers lie 

about their habit 

Journal of Addiction Medicine: July/August 2015 ‐ Volume 9 ‐ Issue 4 ‐ p 266–272

Reported vaping in pregnancy

• 2015 PRAMS (Pregnancy Risk Assessment Monitoring System) data

• Population based surveillance system of self reported behavior

• N=3277 women

Kapaya M, D’Angelo DV, Tong VT, et al. Use of Electronic Vapor Products Before, During, and After Pregnancy Among Women with a Recent Live Birth —Oklahoma and Texas, 2015. MMWR Morb Mortal Wkly Rep 2019;68:189–194. 

13

14

10/1/2020

8

Kapaya M, D’Angelo DV, Tong VT, et al. Use of Electronic Vapor Products Before, During, and After Pregnancy Among Women with a Recent Live Birth —Oklahoma and Texas, 2015. MMWR Morb Mortal Wkly Rep 2019;68:189–194. 

Kapaya M, D’Angelo DV, Tong VT, et al. Use of Electronic Vapor Products Before, During, and After Pregnancy Among Women with a Recent Live Birth —Oklahoma and Texas, 2015. MMWR Morb Mortal Wkly Rep 2019;68:189–194. 

15

16

10/1/2020

9

Effects of Nicotine in Pregnancy

• In a Swedish study of 600,000 pregnancies, the use of e‐cigarettes in pregnancy was associated with a higher incidence of neonatal apnea than conventional cigarette use

• Prenatal nicotine exposure increases number of airways with small diameter (longer more tortuous airways)

• Mechanisms for this may involve increases α7 nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs)

17

18

10/1/2020

10

Message from Pro‐Vaping Website

https://vaping360.com/learn/vaping‐vs‐smoking‐is‐vaping‐bad‐for‐you/

Summary of Effects of nicotine on pregnancyCategory Effect Smoke 

ExposureNicotine Exposure

Pulmonary Function

Decreased forced expiratory flowDecreased complianceAltered flow ratio

YesYesYes

YesMaybeUnknown

Respiratory Illness

Increased Airway Reactivity/asthma/wheezeDecreased arousal/increased apneaIncreased respiratory infxns/hospitalizations/altered immune function

YesYesYes

YesYesYes

Anatomic and Cellular Changes

Increased connective tissue/airway wall thickeningIncreased narrow and smaller airwaysAltered alveolar geometryIncreased type 2 cells/surfactantIncreased NEB/PNEC

YesYesYesYesYes

YesYesYesYesYes

General Decreased birth weightPrematurity

YesYes

NoYes

Adapted from Spindel and McEvoy American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine Vol. 193, No. 5 | Mar 01, 2016

19

20

10/1/2020

11

Can you breastfeed and vape?

• Because of the many benefits breastfeeding has for infants and moms, the American Academy of Pediatrics and the American College of Obstetrics and Gynecologists recommend breastfeeding even if the mother continues to use e‐cigarettes.

• Nicotine may lower breastmilk supply. 

Current Research

21

22

10/1/2020

12

HypothesisE‐cigarettes will have negative effects at least as significant as those caused by traditional cigarettes

1) cell counts2) cytokine expression 

changes3) cell migration & invasion

Why?

• E‐cigarettes contain nicotine• Even e‐cigarettes that claim to be nicotine‐free, have nicotine (60‐85%)

23

24

10/1/2020

13

Model Systems

• Placental and fetal lung cell lines

Cell Culture 

Placental Tissue Explants

Primary Trophoblasts

Preparation of cigarette smoker’s media (CSE)

• 3R4F research grade cigarettes• Combust a full cigarette and bubble the smoke through 10 ml of cell media using a 60 ml syringe and tubing. 

• The newly impacted media is then filtered through a 0.22 um pore membrane (Millipore). This method is termed “100% cigarette smoke extract (CSE).”

25

26

10/1/2020

14

Preparation of e‐cigarette smoker’s media (eCSE)

Experimental Groups

• Control: normal cell culture media

• CSE: research grade cigarettes in media at 0.5% and 4.5%

• eCSE: Juul pods (mint, menthol, Virginia tobacco) in media at 0.5% and 4.5%

27

28

10/1/2020

15

Effect of CSE vs. eCSE Media on 

HTR8sv/Neo Cells

Effect of CSE vs. eCSE Media on 

HTR8sv/Neo Cells

29

30

10/1/2020

16

0

10

20

30

40

50

60

0.5CSE 0.5eCSE 4.5CSE 4.5eCSE control

pg/m

l

IL6 Secretion

24h 48h

Cell Migration & Invasion Assay

31

32

10/1/2020

17

33

34

10/1/2020

18

Conclusions (Preliminary)

Placental cell numbers are reduced in a dose‐dependent manner upon exposure to CSE and eCSE

IL6 secretion is increased at 24h with CSE exposure and 48h with CSE and eCSE

Is it legal in Iowa? 

•Legal age is 18

•Ames: banned in all enclosed workplaces, including bars and restaurants

•Coralville: banned in all enclosed workplaces, including bars and restaurants

•Iowa City: banned in all enclosed workplaces, including bars and restaurants or selling to minors

•North Liberty:  banned in all enclosed workplaces, including bars and restaurants

35

36

10/1/2020

19

Funding Acknowledgements

• Children’s Miracle Network• NIEHS Grant• University of Iowa Center for Research by Undergraduates

Collaborators

• Hannah Slowey• Emily Leibold

• Wei Bao MD, PhD• Mark Santillan MD, PhD• Sabrina Scroggins, PhD• Vernat Exil MD, MBA• Eric Devor, PhD

37

38

10/1/2020

20

Questions

39