Name: Bewertung der regionalen Lungenabscheidung mit patientenspezifischen 3D-gedruckten Lungenmodellen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-11-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 56 s
Description: Erfahren Sie die Bewertung der regionalen Lungenabscheidung mit patientenspezifischen 3D-gedruckten Lungenmodellen aus CT-Scans. Diese Methode ermöglicht präklinische Vorhersagen für gezielte pulmonale Therapien.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Die Autoren danken Professor Yu Feng, Dr. Jenna Briddell, Ian Woodward und Lucas Attia für ihre hilfreichen Diskussionen.

<ol><li>Goel, A., Baboota, S., Sahni, J. K., Ali, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exploring+targeted+pulmonary+delivery+for+treatment+of+lung+cancer%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Pharmaceutical+Investigation%22%5BJournal%5D)">Exploring targeted pulmonary delivery for treatment of lung cancer.</a> International Journal of Pharmaceutical Investigation. 3 (1), 8-14 (2013).</li>
<li>Kleinstreuer, C., Zhang, Z., Li, Z., Roberts, W. L., Rojas, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+methodology+for+targeting+drug-aerosols+in+the+human+respiratory+system%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Heat+and+Mass+Transfer%22%5BJournal%5D)">A new methodology for targeting drug-aerosols in the human respiratory system.</a> International Journal of Heat and Mass Transfer. 51 (23), 5578-5589 (2008).</li>
<li>Feng, Y., Chen, X., Yang, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+In+Silico+Investigation+of+a+Lobe-Specific+Targeted+Pulmonary+Drug+Delivery+Method%5BTitle%5D)+AND+%22Design+of+Medical+Devices+Conference%22%5BJournal%5D)">An In Silico Investigation of a Lobe-Specific Targeted Pulmonary Drug Delivery Method.</a> Design of Medical Devices Conference. , (2018).</li>
<li>Marple, V. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Next+generation+pharmaceutical+impactor+%28a+new+impactor+for+pharmaceutical+inhaler+testing%29.+Part+I%3A+Design%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Aerosol+Medicine%22%5BJournal%5D)">Next generation pharmaceutical impactor (a new impactor for pharmaceutical inhaler testing). Part I: Design.</a> Journal of Aerosol Medicine. 16 (3), 283-299 (2003).</li>
<li>Feng, Y., Zhao, J., Chen, X., Lin, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+In+Silico+Subject-Variability+Study+of+Upper+Airway+Morphological+Influence+on+the+Airflow+Regime+in+a+Tracheobronchial+Tree%5BTitle%5D)+AND+%22Bioengineering%22%5BJournal%5D)">An In Silico Subject-Variability Study of Upper Airway Morphological Influence on the Airflow Regime in a Tracheobronchial Tree.</a> Bioengineering. 4 (4), 90(2017).</li>
<li>Huynh, B. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Development+and+Validation+of+an+In+Vitro+Airway+Model+to+Assess+Realistic+Airway+Deposition+and+Drug+Permeation+Behavior+of+Orally+Inhaled+Products+Across+Synthetic+Membranes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Aerosol+Medicine+and+Pulmonary+Drug+Delivery%22%5BJournal%5D)">The Development and Validation of an In Vitro Airway Model to Assess Realistic Airway Deposition and Drug Permeation Behavior of Orally Inhaled Products Across Synthetic Membranes.</a> Journal of Aerosol Medicine and Pulmonary Drug Delivery. 31 (2), 103-108 (2018).</li>
<li>Lizal, F., Elcner, J., Hopke, P. K., Jedelsky, J., Jicha, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+realistic+human+airway+model%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Institution+of+Mechanical+Engineers%2C+Part+H%3A+Journal+of+Engineering+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Development of a realistic human airway model.</a> Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine. 226 (3), 197-207 (2011).</li>
<li>Wei, X., Hindle, M., Delvadia, R. R., Byron, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+Vitro+Tests+for+Aerosol+Deposition.+V%3A+Using+Realistic+Testing+to+Estimate+Variations+in+Aerosol+Properties+at+the+Trachea%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Aerosol+Medicine+and+Pulmonary+Drug+Delivery%22%5BJournal%5D)">In Vitro Tests for Aerosol Deposition. V: Using Realistic Testing to Estimate Variations in Aerosol Properties at the Trachea.</a> Journal of Aerosol Medicine and Pulmonary Drug Delivery. 30 (5), 339-348 (2017).</li>
<li>Kolewe, E. L., Feng, Y., Fromen, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Realizing+Lobe-Specific+Aerosol+Targeting+in+a+3D-Printed+In+Vitro+Lung+Model%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Aerosol+Medicine+and+Pulmonary+Drug+Delivery%22%5BJournal%5D)">Realizing Lobe-Specific Aerosol Targeting in a 3D-Printed In Vitro Lung Model.</a> Journal of Aerosol Medicine and Pulmonary Drug Delivery. , (2020).</li>
<li>Sul, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessing+Airflow+Sensitivity+to+Healthy+and+Diseased+Lung+Conditions+in+a+Computational+Fluid+Dynamics+Model+Validated+In+Vitro%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Assessing Airflow Sensitivity to Healthy and Diseased Lung Conditions in a Computational Fluid Dynamics Model Validated In Vitro.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 140 (5), (2018).</li>
<li>Martonen, T. B., Katz, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deposition+Patterns+of+Polydisperse+Aerosols+Within+Human+Lungs%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Aerosol+Medicine%22%5BJournal%5D)">Deposition Patterns of Polydisperse Aerosols Within Human Lungs.</a> Journal of Aerosol Medicine. 6 (4), 251-274 (1993).</li>
<li>Nahar, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro%2C+in+vivo+and+ex+vivo+models+for+studying+particle+deposition+and+drug+absorption+of+inhaled+pharmaceuticals%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Pharmaceutical+Sciences%22%5BJournal%5D)">In vitro, in vivo and ex vivo models for studying particle deposition and drug absorption of inhaled pharmaceuticals.</a> European Journal of Pharmaceutical Sciences. 49 (5), 805-818 (2013).</li>
<li>Nichols, S. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Multi-laboratory+in+Vitro+Study+to+Compare+Data+from+Abbreviated+and+Pharmacopeial+Impactor+Measurements+for+Orally+Inhaled+Products%3A+a+Report+of+the+European+Aerosol+Group+%28EPAG%29%5BTitle%5D)+AND+%22AAPS+PharmSciTech%22%5BJournal%5D)">A Multi-laboratory in Vitro Study to Compare Data from Abbreviated and Pharmacopeial Impactor Measurements for Orally Inhaled Products: a Report of the European Aerosol Group (EPAG).</a> AAPS PharmSciTech. 17 (6), 1383-1392 (2016).</li>
<li>Yoshida, H., Kuwana, A., Shibata, H., Izutsu, K. I., Goda, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+Aerodynamic+Particle+Size+Distribution+Between+a+Next+Generation+Impactor+and+a+Cascade+Impactor+at+a+Range+of+Flow+Rates%5BTitle%5D)+AND+%22AAPS+PharmSciTech%22%5BJournal%5D)">Comparison of Aerodynamic Particle Size Distribution Between a Next Generation Impactor and a Cascade Impactor at a Range of Flow Rates.</a> AAPS PharmSciTech. 18 (3), 646-653 (2017).</li>
<li>Feng, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+in+silico+inter-subject+variability+study+of+extra-thoracic+morphology+effects+on+inhaled+particle+transport+and+deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Aerosol+Science%22%5BJournal%5D)">An in silico inter-subject variability study of extra-thoracic morphology effects on inhaled particle transport and deposition.</a> Journal of Aerosol Science. 123, 185-207 (2018).</li>
<li>Kleinstreuer, C., Seelecke, S. Inhaler system for targeted maximum drug-aerosol delivery. United States patent. , (2005).</li>
<li>Pietila, T. How Medical 3D Printing is Gaining Ground in Top Hospitals. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.materialise.com/en/blog/3d-printing-hospitals">https://www.materialise.com/en/blog/3d-printing-hospitals</a> (2019).</li>
<li>Weber, P. W., Price, O. T., McClellan, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Demographic+Variability+of+Inhalation+Mechanics%3A+A+Review%5BTitle%5D)+AND+%22Defense+Threat+Reduction+Agency%22%5BJournal%5D)">Demographic Variability of Inhalation Mechanics: A Review.</a> Defense Threat Reduction Agency. , (2016).</li>
<li>Jiang, Y. Y., Xu, X., Su, H. L., Liu, D. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gender-related+difference+in+the+upper+airway+dimensions+and+hyoid+bone+position+in+Chinese+Han+children+and+adolescents+aged+6-18+years+using+cone+beam+computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Odontologica+Scandinavica%22%5BJournal%5D)">Gender-related difference in the upper airway dimensions and hyoid bone position in Chinese Han children and adolescents aged 6-18 years using cone beam computed tomography.</a> Acta Odontologica Scandinavica. 73 (5), 391-400 (2015).</li>
<li>Martin, S. E., Mathur, R., Marshall, I., Douglas, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+age%2C+sex%2C+obesity+and+posture+on+upper+airway+size%5BTitle%5D)+AND+%22European+Respiratory+Journal%22%5BJournal%5D)">The effect of age, sex, obesity and posture on upper airway size.</a> European Respiratory Journal. 10 (9), 2087(1997).</li>
<li>Xi, J., Longest, P. W., Martonen, T. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+the+laryngeal+jet+on+nano-+and+microparticle+transport+and+deposition+in+an+approximate+model+of+the+upper+tracheobronchial+airways%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physiology%22%5BJournal%5D)">Effects of the laryngeal jet on nano- and microparticle transport and deposition in an approximate model of the upper tracheobronchial airways.</a> Journal of Applied Physiology. 104 (6), 1761-1777 (2008).</li>
<li>Zhao, J., Feng, Y., Fromen, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Glottis+motion+effects+on+the+particle+transport+and+deposition+in+a+subject-specific+mouth-to-trachea+model%3A+A+CFPD+study%5BTitle%5D)+AND+%22Computers+in+Biology+and+Medicine%22%5BJournal%5D)">Glottis motion effects on the particle transport and deposition in a subject-specific mouth-to-trachea model: A CFPD study.</a> Computers in Biology and Medicine. 116, 103532(2020).</li>
<li>Kim, S. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chronic+obstructive+pulmonary+disease%3A+lobe-based+visual+assessment+of+volumetric+CT+by+Using+standard+images--comparison+with+quantitative+CT+and+pulmonary+function+test+in+the+COPDGene+study%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Chronic obstructive pulmonary disease: lobe-based visual assessment of volumetric CT by Using standard images--comparison with quantitative CT and pulmonary function test in the COPDGene study.</a> Radiology. 266 (2), 626-635 (2013).</li>
<li>The Cancer Imaging Archive. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.cancerimagingarchive.net/">https://www.cancerimagingarchive.net/</a> (2020).</li>
<li>Li, A., Ahmadi, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Computer+Simulation+of+Deposition+of+Aerosols+in+a+Turbulent+Channel+Flow+with+Rough+Walls%5BTitle%5D)+AND+%22Aerosol+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Computer Simulation of Deposition of Aerosols in a Turbulent Channel Flow with Rough Walls.</a> Aerosol Science and Technology. 18 (1), 11-24 (1993).</li>
<li>Khalili, S. F., Ghanbarzadeh, S., Nokhodchi, A., Hamishehkar, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+different+coating+materials+on+the+prevention+of+powder+bounce+in+the+next+generation+impactor%5BTitle%5D)+AND+%22Research+in+Pharmaceutical+Sciences%22%5BJournal%5D)">The effect of different coating materials on the prevention of powder bounce in the next generation impactor.</a> Research in Pharmaceutical Sciences. 13 (3), 283-287 (2018).</li>
<li>Galliger, Z., Vogt, C. D., Panoskaltsis-Mortari, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+bioprinting+for+lungs+and+hollow+organs%5BTitle%5D)+AND+%22Translational+Research%22%5BJournal%5D)">3D bioprinting for lungs and hollow organs.</a> Translational Research. 211, 19-34 (2019).</li>
<li>Schwarz, K., Biller, H., Windt, H., Koch, W., Hohlfeld, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+exhaled+particles+from+the+healthy+human+lung--a+systematic+analysis+in+relation+to+pulmonary+function+variables%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Aerosol+Medicine+and+Pulmonary+Drug+Delivery%22%5BJournal%5D)">Characterization of exhaled particles from the healthy human lung--a systematic analysis in relation to pulmonary function variables.</a> Journal of Aerosol Medicine and Pulmonary Drug Delivery. 23 (6), 371-379 (2010).</li>
<li>Patton, J. S., Byron, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inhaling+medicines%3A+delivering+drugs+to+the+body+through+the+lungs%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Drug+Discovery%22%5BJournal%5D)">Inhaling medicines: delivering drugs to the body through the lungs.</a> Nature Reviews Drug Discovery. 6 (1), 67-74 (2007).</li>
<li>Zhang, Z., Kleinstreuer, C., Kim, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cyclic+micron-size+particle+inhalation+and+deposition+in+a+triple+bifurcation+lung+airway+model%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Aerosol+Science%22%5BJournal%5D)">Cyclic micron-size particle inhalation and deposition in a triple bifurcation lung airway model.</a> Journal of Aerosol Science. 33 (2), 257-281 (2002).</li>
<li>Ju, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+of+Nebulized+Metal-Phenolic+Capsules+for+Controlled+Pulmonary+Deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Science%22%5BJournal%5D)">Engineering of Nebulized Metal-Phenolic Capsules for Controlled Pulmonary Deposition.</a> Advanced Science. 7 (6), 1902650(2020).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts zu verraten.

Das aktuelle hochmoderne Gerät zur pulmonalen pharmazeutischen Prüfung einer vollständigen Inhalationsdosis ist der Next Generator Impactor (NGI), der den aerodynamischen Durchmesser eines Aerosols4misst. Diese Größendaten werden dann verwendet, um die Lungengeneration vorherzusagen, bei der sich das Aerosol auf der Grundlage einer Korrelation ablagern wird, die für ein gesundes erwachsenes Männchen entwickelt wurde11. Leider ist diese Methode in ihrer Fähigkeit eingeschrän...

Viele Lungenerkrankungen wie Lungenkrebs und chronisch obstruktive Lungenerkrankungen (COPD) weisen regionale Unterschiede in den Krankheitsmerkmalen auf; Es fehlt jedoch an therapeutischen Techniken, um die Medikamentenabgabe nur in erkrankte Regionen der Lunge1zu zielen. Mehrere Computerfluid-Dynamikmodelle (CFD) haben gezeigt, dass es möglich ist, Arzneimittelabscheidungsprofile zu modulieren, indem spezifische Stromlinien in der Lunge identifiziert werden2,3. Die Entwicklung von Inhalatoren und Endotracheal (ET) Rohradaptern mit regionalen Targeting-Fähigkeiten ist in unserem Labor im Gange, um die Aerosolverteilung in erkrankte Lungenregionen zu kontrollieren. Die Ausweitung dieser Prinzipien auf die klinische Anwendung wird durch die derzeitige präklinische Testkapazität begrenzt. Der genaue Ort, an dem sich ein Medikament in der Lunge ablagert, ist bekanntlich der beste Prädiktor für die Wirksamkeit; jedoch werden aktuelle pharmazeutische Bewertungen von inhalierbaren Therapeutika am häufigsten mit In-vitro-in-vivo-Korrelationen der Partikelgröße vorhergesagt, um nur ungefähre Ablagerung4. Diese Technik erlaubt keine räumliche Analyse, um die Auswirkungen verschiedener Atemwegsgeometrien auf die regionale Verteilung durch die verschiedenen Lungenlappen zu bestimmen. Darüber hinaus fehlt es bei diesem Test an anatomisch genauen Lungengeometrien, die Forscher n. Chr. signifikant auf ablagerungsprofile5auswirken können. Es wurden einige Anstrengungen unternommen, um patientenspezifische Lungengeometrien durch Zugabe der oberen Atemwege in Testprotokolle zu integrieren; jedoch, die meisten dieser Ansätze Probe Aerosol-Lieferung an verschiedene Generationen der Lunge anstatt jeder Lungenlappen6,7,8. Das folgende Protokoll stellt eine Methode mit hohem Durchsatz zur Generierung patientenspezifischer Lungenmodelle dar, mit der fähigkeit, die relative Partikelabscheidung in jedem der fünf Lappen der Lunge9zu quantifizieren.
Anatomisch genaue Modelllungen werden durch 3D-Druck-Patienten-Computertomographie (CT)-Scans erzeugt. In Verbindung mit einem leicht zu montierenden Strömungssystem können die relativen Durchflussraten durch die Lappen der Modelllunge unabhängig gesteuert und an die verschiedenen Demografischen und/oder Krankheitszustände des Patienten angepasst werden. Mit dieser Methode können Forscher die Wirksamkeit potenzieller therapeutischer Methoden in einer relevanten Lungengeometrie testen und die Leistung jeder Methode mit dem Fortschreiten der erkrankten Morphologie korrelieren. Hier werden zwei in unserem Labor entwickelte Gerätedesigns auf ihre Fähigkeit getestet, die Ablagerung in einem gewünschten Lungenlappen zu erhöhen, indem sie die Position der Aerosolfreisetzung im Mund oder in der Luftröhre steuern. Dieses Protokoll hat auch das Potenzial, die Entwicklung personalisierter Verfahren für Patienten erheblich zu beeinflussen, indem es die schnelle Vorhersage der Wirksamkeit der Behandlung in einer Modelllunge erleichtert, die für die CT-Scandaten dieses Patienten spezifisch ist.

<table><tbody><tr><td>1/4" Kunststoff-Stachelrohrverschraubung</td><td>McMaster Carr</td><td>5372K111</td><td></td></tr><tr><td>10 um Filterpapier</td><td>Fisher</td><td>1093-110 1um</td><td></td></tr><tr><td>fluoreszierende Polystyrolpartikel</td><td>Polysciences</td><td>15702-10 1um</td><td></td></tr><tr><td>nicht fluoreszierende Polystyrolpartikel</td><td>Polysciences</td><td>8226</td><td></td></tr><tr><td>2-Propanol</td><td>Fisher</td><td>A516-4</td><td>Bezogen im Protokoll als "IPA"</td></tr><tr><td>3/8" Kunststoff-Stachelrohrverschraubung</td><td>McMaster Carr</td><td>5372K117</td><td></td></tr><tr><td>Luftmassenmesser (1 - 280 mL/min)</td><td>McMaster Carr</td><td>41695K32</td><td>Im Protokoll als "Durchflussmesser" bezeichnetCarbon</td></tr> <tr><td>M1 3D-Drucker</td><td>Carbon 3D</td><td></td><td>https://www.carbon3d.com/, Zugehörige Software, die im Protokoll als "Slicing-Software" bezeichnet</td></tr> <tr><td>wirdCollison Jet-Vernebler</td><td>CH Technologies</td><td>ARGCNB0008 (CN-25)</td><td>6 Jet MRE-Stil horizontale Kollision mit Glasgefäß, im Protokoll als "Vernebler" bezeichnet, http://chtechusa.com/Manuals/MRE_Collison_Manual.pdf</td></tr><tr><td>Konvektionsofen</td><td>Yamato</td><td>DKN602</td><td></td></tr><tr><td>Copley Kritischer Durchflussregler TPK2000 Reve 120V</td><td>MSP Corp</td><td>0001-01-9810</td><td>Im Protokoll als "Durchflussregler" bezeichnet</td></tr><tr><td>Copley Hochleistungspumpe Modell HCP5</td><td>MSP Corp</td><td>0001-01-9982</td><td>Im Protokoll als "Vakuumpumpe"</td></tr> <tr><td>bezeichnetCytation BioTek</td><td></td><td>CYT5MPV</td><td>Multifunktionales Spektralphotometer/Fluoreszenz-Imager, ausgestattet mit 4x/20x/40x-Objektiven und DAPI/GFP/TexasRed Laser/Filterwürfeln</td></tr><tr><td>EPU40 Resin</td><td>Carbon 3D</td><td></td><td>https://www.carbon3d.com/materials/epu-elastomeric-polyurethane/, im Protokoll als "weiches Harz" bezeichnetFilter</td></tr> <tr><td>für Vakuumpumpe</td><td>Whatman</td><td>6722-5000</td><td></td></tr><tr><td>Durchflussmesser Modell DFM 2000</td><td>MSP Corp</td><td>0001-01-8764</td><td>Im Protokoll als "elektronischer Durchflussmesser"</td></tr> <tr><td>bezeichnetImageJ Software</td><td>ImageJ</td><td></td><td>https://imagej.nih.gov/ij/download.html</td></tr><tr><td>Inline-Luftstromregelventil (Push-to-Connect)</td><td>McMaster Carr</td><td>62005K333</td><td>Im Protokoll als "Ventil"</td></tr> <tr><td>bezeichnetInline-Filtergeräte</td><td>Whatman</td><td>WHA67225000</td><td></td></tr><tr><td>Sperrholzplatte in Marinequalität</td><td>McMaster Carr</td><td>62005K333</td><td>Im Protokoll als "Holzplatte"</td></tr> <tr><td>bezeichnetMaterialise Mimics Software</td><td>Materialise</td><td></td><td>https://www.materialise.com/en/medical/mimics-innovation-suite, im Protokoll als "CT-Scan-Software"</td></tr> <tr><td>bezeichnetMeshmixer-Software</td><td>Autodesk</td><td></td><td>http://www.meshmixer.com/, im Protokoll als "Mesh-Editing-Software"</td></tr> <tr><td>bezeichnetMethanol</td><td>Fisher</td><td>A454-4</td><td></td></tr><tr><td>Opticure LED Cube</td><td>APM Technica 102843</td><td></td><td>Im Protokoll als "UV-Ofen" bezeichnet</td></tr><tr><td>PR25 Resin Carbon</td><td>3D</td><td></td><td>https://www.carbon3d.com/materials/uma-urethanemethacrylate, /Im Protokoll als "Hartharz"</td></tr> <tr><td>bezeichnetPVC-Rohr für Chemikalien</td><td>McMaster Carr</td><td>5231K161</td><td>1/4" ID</td></tr><tr><td>Schrauben</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>SolidWorks Software</td><td>Dassault Syst&egrave; mes&nbsp; SolidWorks Corporation</td><td></td><td>https://www.solidworks.com/, im Protokoll als "3D-Modellierungssoftware"</td></tr> <tr><td>bezeichnetRechteckiger Verteiler mit gerader Strömung</td><td>McMaster Carr</td><td>1125T31</td><td></td></tr><tr><td>Schlauch zum Durchflussregler</td><td>McMaster Carr</td><td>5233K65</td><td>3/8"</td></tr><tr><td>ID Draht</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

bewertung der regionalen lungenabscheidung mit patientenspezifischen 3d-gedruckten lungenmodellen

Evaluating Regional Pulmonary Deposition using Patient-Specific 3D Printed Lung Models

Die Entwicklung gezielter Therapien für Lungenerkrankungen wird durch die Verfügbarkeit präklinischer Testmethoden mit der Fähigkeit, die regionale Aerosolabgabe vorherzusagen, eingeschränkt. Mithilfe des 3D-Drucks zur Generierung patientenspezifischer Lungenmodelle skizzieren wir das Design eines hochdurchsatzigen In-vitro-Experimentalaufbaus zur Quantifizierung der lobularen Lungenablagerung. Dieses System besteht aus einer Kombination aus handelsüblichen und 3D-gedruckten Komponenten und ermöglicht die unabhängige Steuerung des Durchflusses durch jeden Lungenlappen. Die Lieferung von fluoreszierenden Aerosolen an jeden Lappen wird mittels Fluoreszenzmikroskopie gemessen. Dieses Protokoll hat das Potenzial, das Wachstum der personalisierten Medizin für Atemwegserkrankungen durch seine Fähigkeit zu fördern, eine breite Palette von Patienten demografien und Krankheitszuständen zu modellieren. Sowohl die Geometrie des 3D-gedruckten Lungenmodells als auch die Einstellung des Luftstromprofils können einfach moduliert werden, um klinische Daten für Patienten mit unterschiedlichem Alter, Rasse und Geschlecht widerzuspiegeln. Klinisch relevante Arzneimittelabgabegeräte, wie z. B. die hier gezeigte Endotrachealröhre, können in den Testaufbau integriert werden, um die Fähigkeit eines Geräts, die therapeutische Abgabe auf eine erkrankte Region der Lunge zu zielen, genauer vorherzusagen. Die Vielseitigkeit dieses experimentellen Setups ermöglicht es, angepasst zu werden, um eine Vielzahl von Inhalationsbedingungen widerzuspiegeln, was die Strenge der präklinischen therapeutischen Tests verbessert.

Partikel in diesem Größenbereich (1-5 m) und Strömungsbedingungen (1-10 l/min) folgen den Strömungslinien, die sowohl auf ihrer theoretischen Stokes-Zahl als auch auf in-vivo-Daten basieren; Daher wird erwartet, dass sich in Ermangelung eines gezielten Abgabegeräts freigesetzte Partikel entsprechend dem Prozentsatz des gesamten Luftstroms ablagern, der zu jedem Lappen umgeleitet wird. Die relativen Mengen der Partikelzufuhr zu jedem Lappen können dann mit den Daten der klinischen Lappendurchflussrate verglichen werden, d...

Wir präsentieren ein hochdurchlässiges In-vitro-Verfahren zur Quantifizierung der regionalen Lungenabscheidung auf Lappenebene mit CT-Scan-abgeleiteten, 3D-gedruckten Lungenmodellen mit abstimmbaren Luftstromprofilen.

Bewertung der regionalen Lungenabscheidung mit patientenspezifischen 3D-gedruckten Lungenmodellen

Development of targeted therapies for pulmonary diseases is limited by the availability of preclinical testing methods with the ability to predict ...

Dieses Protokoll hat das Potenzial, die Entwicklung neuer zielgerichteter Lungentherapeutika voranzutreiben, indem es die präklinische Vorhersage der regionalen Ablagerung ermöglicht. Diese Technik umfasst anatomisch genaue Lungenmodelle, die aus den CT-Scans der Patienten in 3D gedruckt werden, um schnell personalisierte prädiktive Ergebnisse zur Wirksamkeit potenzieller Behandlungen zu erhalten. Diese Technik kann verwendet werden, um zielgerichtete Therapien zu entwickeln, die Off-Target-Effekte bei Krankheiten minimieren, die durch regionale Flächenobstruktionen gekennzeichnet sind, wie Lungenkrebs oder COPD.Nach dem Drucken der experimentellen Komponenten und dem Abschluss der Nachbearbeitung gemäß den Anweisungen des Herstellers waschen Sie die gedruckten Teile vorsichtig in weichem Harz mit Isopropylalkohol mit einer Reinheit von mindestens 99 %, um überschüssiges nicht ausgehärtetes Harz zu entfernen, bevor Sie die Teile acht Stunden lang in einem Konvektionsofen gemäß den Herstellerangaben thermisch aushärten. Waschen Sie dann die in hartem Harz gedruckten Teile mit dem Alkohol, um überschüssiges, nicht ausgehärtetes Harz zu entfernen, und härten Sie die Teile eine Minute pro Seite in einem UV-Ofen aus. Führen Sie für die Montage der Keulenauslasskappe ein Ende der ovalen Verbindungsbasis für den Stachelschlauch in die Kappe ein, bevor Sie die flexible Kappe vorsichtig über das andere Ende der ovalen Basis spannen, wobei Sie besonders darauf achten, dass die dünne Basis nicht reißt und die Düse durch die Öffnung im Kappenboden herausragt.Schneiden Sie dann 10 Mikroliter Filterpapier auf eine Größe zu, die etwas größer als der Auslassbereich ist, und falten Sie das Filterpapier über den Düsenauslass, wobei Sie das Papier mit einer Hand festhalten. Ziehen Sie dann mit einer Pinzette in der anderen Hand die Kappe mit dem Stachelschlauchanschluss über den Auslass und drücken Sie die Kappe nach unten, bis die Kerbe mit der entsprechenden Kerbe am Keulenauslass übereinstimmt. Verbinden Sie vor jedem Versuchslauf jeden Lungenkeulenausgang mit den Schläuchen des entsprechenden Durchflussmessers und Ventils und achten Sie darauf, nicht zu viel seitlichen Druck auf den Anschluss des Stachelschlauchs auszuüben.Befestigen Sie den elektronischen Durchflussmesser am Mundeinlass des Lungenmodells, um den Gesamtluftstrom zum Lungenmodell zu messen, und schalten Sie den Durchflussregler und die Vakuumpumpe ein. Wählen Sie im Durchflussregler die Einstellung für den Versuchsaufbau und erhöhen Sie die Durchflussmenge langsam, bis der elektronische Durchflussmesser die gewünschte Gesamtdurchflussmenge anzeigt. Verwenden Sie die Ventile, um die Flussrate durch den rechten oberen, rechten, mittleren, rechten, unteren, linken oberen und linken unteren Lungenlappen einzustellen.Sobald die auf den Durchflussmessern angezeigten Lastdurchflüsse konstant auf dem gewünschten Wert liegen, überprüfen Sie die Gesamtdurchflussrate erneut am elektronischen Durchflussmesser, um sicherzustellen, dass das System keine Lecks aufweist. Verlassen Sie dann den Testaufbau im Durchflussregler und lassen Sie die Vakuumpumpe eingeschaltet. Für die Aerosolabgabe an das Lungenmodell füllen Sie einen Vernebler mit einer Lösung der gewünschten fluoreszierenden Partikel und verbinden Sie den Vernebler mit dem Einlass des Lungenmodells.Um die Wirksamkeit des Zielgeräts zu messen, setzen Sie das Gerät in das Lungenmodell ein und verbinden Sie den Vernebler mit dem Gerät. Verbinden Sie die komprimierte Luftleitung mit dem Vernebler. Stellen Sie den Durchflussregler auf einen zehnsekündigen Versuch ein und öffnen Sie das Druckluftventil leicht, um mit der Erzeugung eines Aerosols im Vernebler zu beginnen.Drücken Sie Start am Durchflussregler und öffnen Sie das Druckluftventil sofort vollständig. Wenn der Durchflussregler etwa neun Sekunden erreicht hat, schließen Sie das Druckluftventil und schließen Sie den Abzugsflügel so weit wie möglich. Sobald das Ventil vollständig geschlossen ist, trennen Sie den Vernebler von der komprimierten Luftleitung.Schließen Sie den Abzugsflügel vollständig, schalten Sie die Vakuumpumpe aus und lassen Sie alle Aerosole aus dem Abzug austreten. Trennen Sie nach etwa 10 Minuten das Lungenmodell vom Schlauchsystem, achten Sie darauf, dass die Widerhakenschlauchverbindungen nicht reißen, und führen Sie eine Pinzette unter den Rand jeder Ohrläppchenauslasskappe, um die Kappen von den Auslässen zu entfernen. Übertragen Sie dann das Filterpapier von jeder Kappe in einzelne Vertiefungen einer 24-Well-Platte, die Partikel mit der Vorderseite nach unten abscheiden.Wenn das gesamte Filterpapier aufgefangen ist, stellen Sie die Platte auf den Tisch eines digitalen Fluoreszenzmikroskops und stellen Sie das Mikroskop auf eine 4-fache Vergrößerung und den entsprechenden Fluoreszenzkanal ein. Nehmen Sie dann mindestens drei Bilder des Filterpapiers von jeder Keule an zufälligen Stellen und speichern Sie die Bilder als TIF-Dateien. Unter Entnahmebedingungen von einem Liter pro Minute in einer gesunden Lunge, die durch COPD beendet wurde, unterscheidet sich das experimentell ermittelte Ablagerungsprofil statistisch nicht von den klinischen Daten, die zeigen, dass der Aufbau die Verteilung des Luftstroms zu jedem der Lungenlappen genau nachahmt.Im Vergleich zum nicht zielgerichteten Partikelabscheidungsprofil führt die Verwendung eines modifizierten Endotrachealtubus zu einer fast vierfachen Steigerung der Abgabe des linken Unterlappens. Zusätzlich zur Umleitung von über 96% der abgegebenen Partikel in die linke Lunge. Durch die Änderung der Einstellung des Freisetzungsortes, um auf den rechten unteren Lappen abzuzielen, erzeugt dieses Gerät mehr als die doppelte Partikelabgabe an den rechten Lappen und leitet 94 % der abgegebenen Partikel in die rechte Lunge um.Im Vergleich zum nicht zielgerichteten Partikelabscheidungsprofil bewirkt die konzentrische Zylindervorrichtung eine fast dreifache Erhöhung der Abgabe im linken Oberlappen und leitet über 87 % der abgegebenen Partikel in die linke Lunge um. Die Targeting-Effizienz kann auch qualitativ beobachtet werden, indem die Bilder des Zielkeulenfilters mit den anderen Auslassfiltern verglichen werden. Wie dargestellt, führt die effektivste Targeting-Methode zu einer hohen Partikelabscheidung an der beabsichtigten Keule von Interesse und zu einer geringen Abscheidung an den verbleibenden Keulenauslässen.Es ist wichtig, sicherzustellen, dass die Komponenten ordnungsgemäß angeschlossen sind, um Lecks im System zu vermeiden, da Lecks die Abscheidungsergebnisse beeinträchtigen. Dieses Protokoll ermöglicht es Forschern, potenzielle Wirkstoffverabreichungsgeräte für bestimmte Regionen der Lunge vor klinischen Studien zu testen, wodurch die Kosten für die Arzneimittelentwicklung und die Wirksamkeitssteigerung bei menschlichen Patienten gesenkt werden.

evaluating-regional-pulmonary-deposition-using-patient-specific-3d

Research

Forschung

JoVE Journal

Bioengineering

Biotechnik

Mit modernen Kunststoff-Extrusions-und Drucktechnologien, ist es nun möglich, schnell und kostengünstig zu produzieren physikalische Modelle von X-ray CT-Daten in einem Labor entnommen. Das dreidimensionale Drucken von tomographischen Daten ist eine leistungsfähige Visualisierungs-, Forschungs-und Bildungs-Tool, das jetzt von der präklinischen Bildgebung Gemeinschaft zugegriffen werden kann.

3D Printing der präklinischen X-ray computertomographische Datensätze

Die Tuberkuloseinfektion beim Menschen ist ein komplexer Prozess, der in vitro schwer zu modellieren ist. Hier beschreiben wir ein neuartiges 3D-Modell des menschlichen Lungengewebes, das die Dynamik rekapituliert, die während der Infektion auftritt, einschließlich der Migration von Immunzellen und der frühen Granulombildung in einer physiologischen Umgebung.

Ein 3D-humanem Lungengewebe Modell für funktionelle Studien auf<em&gt; Mycobacterium tuberculosis</em&gt; Infektions

Wir präsentieren ein dreidimensionales (3D) Lungenkrebsmodell, das auf einem biologischen Kollagengerüst basiert, um die Empfindlichkeit gegenüber nicht-kleinzelligem Lungenkrebs (NSCLC)-zielgerichteten Therapien zu untersuchen. Wir demonstrieren verschiedene Auslesetechniken zur Bestimmung des Proliferationsindex, der Apoptose und des epithelial-mesenchymalen Übergangsstatus (EMT). Die gesammelten Daten werden in ein in silico-Modell zur Vorhersage der Arzneimittelsensitivität integriert.

Ein kombiniertes 3D-Gewebezüchtungen<em&gt; In Vitro</em&gt; /<em&gt; In Silico</em&gt; Lungentumormodell für Hintergründe in bestimmten Mutations Drug Wirksamkeit vorhersagen

Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll für die Vorbereitung der Agarose-gefüllte menschlichen präzise geschliffenen Lunge Scheiben aus resezierten Patienten Gewebe, die für die Erzeugung von 3D Lunge Gewebekulturen, Modell menschlichen Lungenerkrankungen in biologischen und biomedizinischen Studien eignen.

Generation von menschlichen 3D Lungengewebe Kulturen (3D-LTCs) für Krankheit Modellierung

Dieser Artikel beschreibt die Erzeugung eines orthotopischen Mausmodells des menschlichen Pleuramesothelioms durch Implantation von H2052/484 Mesotheliomzellen in die Pleurahöhle immungeschwächter athymischer Mäuse. Die Längsüberwachung der Entwicklung intrapleuraler Tumoren wurde durch nicht-invasive multimodale [18F]-2-Fluor-2-Deoxy-D-Glucose-Positronen-Emissionstomographie und Computertomographie untersucht.

Implantation und Überwachung eines orthotopischen Modells des menschlichen Pleuralmesothelioms bei athymischen Mäusen durch PET/CT

Der Artikel beschreibt die schrittweise gerichtete Differenzierung von induzierten pluripotenten Stammzellen zu dreidimensionalen ganzen Lungenorganoiden, die sowohl proximale als auch distale epitheliale Lungenzellen zusammen mit Mesenchym enthalten.

Generierung von 3D-Ganzlungenorganoiden aus induzierten pluripotenten Stammzellen zur Modellierung der Lungenentwicklungsbiologie und -krankheit

Hier wird eine neue Methode zur Erstellung eines personalisierten 3D-gedruckten Modells für die präoperative Beurteilung von Schilddrüsenoperationen vorgeschlagen. Es ist förderlich für präoperative Gespräche und verringert die Schwierigkeit einer Schilddrüsenoperation.

Ein personalisiertes 3D-gedrucktes Modell für die präoperative Beurteilung in der Schilddrüsenchirurgie

Ziel dieser Studie ist es, ein neuartiges digitales 3D-Modell von Lungenknoten zu entwickeln, das als Kommunikationsbrücke zwischen Ärzten und Patienten dient und auch ein hochmodernes Werkzeug für die Vordiagnose und prognostische Bewertung darstellt.

Ein digitales 3D-Modell für die Diagnose und Behandlung von Lungenknoten

In dieser Studie wird eine dreidimensionale (3D) Rekonstruktionsmethode für die gesamte Lunge bei Patienten mit frühen multiplen Lungenknoten vorgestellt. Es bietet eine umfassende Visualisierung der Knötchenverteilung und ihres Zusammenspiels mit dem Lungengewebe und vereinfacht so die Beurteilung von Diagnose und Prognose für diese Patienten.

Dreidimensionale Rekonstruktion der gesamten Lunge bei frühen multiplen Lungenknoten

Dreidimensionale (3D) phasenaufgelöste funktionelle Lunge (PREFUL) ist eine funktionelle Magnetresonanztomographie (MRT)-Technik, die die Quantifizierung der regionalen Beatmung des gesamten menschlichen Lungenvolumens unter Verwendung von Atemzugatmung und kontrastmittelfreier Erfassung für 8 Minuten ermöglicht. Hier stellen wir ein MRT-Protokoll zur Erfassung und Analyse von 3D-PREFUL-Bildgebungsdaten vor.

Dreidimensionale phasenaufgelöste funktionelle Lungenmagnetresonanztomographie

In dieser Arbeit stellen wir ein Protokoll zur Verwendung von Mikrocomputertomographie (Mikro-CT) vor, um beatmete Regionen in einem unilateralen Bleomycin-induzierten Lungenfibrosemodell durch intratracheale Instillation auf der Läsionsseite zu quantifizieren.

Einseitige Lungenvolumenanalyse mittels Mikro-CT zur besseren Beurteilung der Lungenfibrose in präklinischen Modellen

Erfahren Sie die Bewertung der regionalen Lungenabscheidung mit patientenspezifischen 3D-gedruckten Lungenmodellen aus CT-Scans. Diese Methode ermöglicht präklinische Vorhersagen für gezielte pulmonale Therapien.

Bewertung der regionalen Lungenabscheidung mit patientenspezifischen 3D-gedruckten Lungenmodellen

Weitere Videos entdecken