使用患者特异性3D打印肺部模型评估区域性肺部沉积

该方案有望通过实现对药物区域沉积的临床前预测，推动新型靶向肺部治疗药物的开发。该技术采用基于患者CT扫描数据三维打印的解剖结构精确的肺部模型，可快速生成关于潜在治疗方案疗效的个体化预测结果。该技术可用于开发靶向疗法，以最小化脱靶效应，适用于以区域性阻塞为特征的疾病，如肺癌或慢性阻塞性肺病（COPD）。

按照制造商的说明完成实验组件的打印及后处理后，需小心地使用纯度至少为99%的异丙醇清洗以软性树脂打印的部件，以去除任何未固化的多余树脂，随后根据制造商的规范在对流烘箱中进行8小时的热固化。接着，用酒精清洗以硬性树脂打印的部件，以去除任何未固化的多余树脂，并在紫外烘箱中每面照射1分钟完成固化。对于叶瓣出口帽组件的组装，应先将椭圆形带刺管路连接基座的一端插入帽中，再小心地将柔性的帽沿椭圆基座的另一端拉伸覆盖上去，特别注意避免薄基座开裂，同时确保喷嘴从帽基的开口中穿出。

接下来，将10微升滤纸剪裁至略大于出口区域的尺寸，并用一只手将滤纸折叠覆盖在叶出口上固定。然后用另一只手使用镊子，将带有齿状接头的帽盖拉伸并套在出口上，向下按压帽盖，直至其凹槽与叶出口上的对应凹槽对齐。每次实验运行前，将每个肺模型叶出口连接到相应流量计和阀门的管路上，注意不要对齿状管接头施加过大的侧向压力。

将电子流量计连接到肺模型的进气口，以测量进入肺模型的总气流速率，并打开流量控制器和真空泵。在流量控制器中选择测试设置，缓慢增加流速，直至电子流量计显示所需的总流速。通过调节阀门，控制流经右上叶、右中叶、右下叶、左上叶和左下叶肺叶的气流速率。

当流量计上显示的加载流速稳定在目标值时，再次使用电子流量计检查总流速，以确认系统无泄漏。然后，在保持真空泵开启的情况下，退出流量控制器中的测试设置。进行气溶胶向肺模型输送时，用所需浓度的荧光颗粒溶液填充雾化器，并将雾化器连接至肺模型的入口。

为了测量靶向装置的有效性，将该装置插入肺部模型，并将雾化器连接至该装置。将压缩气源管路连接到雾化器。将流量控制器设置为运行一次持续十秒的试验，并略微打开压缩空气阀门，以开始在雾化器内产生气溶胶。

启动流量控制器，同时立即完全打开压缩空气阀门。当流量控制器运行至约9秒时，开始关闭压缩空气阀门，并尽可能关闭通风橱的窗板。待阀门完全关闭后，将雾化器从压缩空气管路中断开。

完全关闭通风橱的滑动窗，关闭真空泵，并让通风橱内的气溶胶充分沉降。约10分钟后，将肺模型从管路系统上断开，注意避免损坏带凸缘的管路连接处；用镊子沿每个肺叶出口帽的边缘下方滑动，取下出口上的帽盖。然后将每个帽盖中的滤纸转移至24孔板的各个孔中，沉积有颗粒的一侧朝下放置。

当收集完全部滤纸后，将滤纸板放置在数字荧光显微镜的载物台上，将显微镜设置为4倍放大倍数，并选择合适的荧光通道。随后，在每个肺叶的滤纸上随机选取至少三个位置拍摄图像，并将图像保存为TIF文件。在健康肺组织中以每分钟一升的流量进行采集的条件下，以及在受慢性阻塞性肺病（COPD）影响的肺组织中，实验测定的颗粒沉积分布与临床数据无统计学差异，表明该实验装置能够准确模拟气流在各肺叶间的分布情况。

与非靶向颗粒沉积分布相比，使用改良的气管插管可使左下肺叶的颗粒递送量增加近四倍，同时将超过96%的递送颗粒导向左肺。当调整释放位置以靶向右下肺叶时，该装置可使右肺叶的颗粒递送量增加一倍以上，并将94%的递送颗粒导向右肺。

与非靶向颗粒沉积分布相比，同心圆柱装置可使左上叶的颗粒递送量增加近三倍，同时将超过87%的递送颗粒引导至左肺。通过比较靶向肺叶滤膜与其他出口滤膜的图像，也可定性观察靶向效率。如图所示，最有效的靶向方法应在目标肺叶处产生较高的颗粒沉积量，而在其余肺叶出口处的沉积量较低。

必须确保各组件正确连接，以防止系统内发生泄漏，因为泄漏会影响沉积结果。本方案允许研究人员在临床试验前测试潜在的药物递送装置对肺部特定区域的靶向性，从而降低药物开发成本，并提高对患者的疗效。