Modelado y Simulación de olfativa Drug Delivery con controles pasivos y activos por vía nasal de aerosoles farmacéuticos inhalados

Resumen

Este manuscrito revisa el modelado y las simulaciones de diferentes protocolos para administrar medicamentos a la región olfativa en modelos de vías respiratorias nasales basados en imágenes. Se utilizan múltiples módulos de software para desarrollar el modelo de nariz anatómicamente preciso, generar una malla computacional, simular los flujos de aire nasal y predecir la deposición de partículas en la región olfativa.

Resumen

Hay muchas ventajas de la administración de fármacos directa de nariz a cerebro en el tratamiento de trastornos neurológicos. Sin embargo, su aplicación está limitada por la eficiencia de suministro extremadamente baja (<1%) a la mucosa olfativa que se conecta directamente al cerebro. Es crucial desarrollar nuevas técnicas para administrar medicamentos neurológicos con mayor eficacia a la región olfativa. El objetivo de este estudio es desarrollar una plataforma numérica para simular y mejorar la administración de fármacos por vía intranasal olfativa. Una solución de imagen de CFD-acoplado se presentó que sintetiza el desarrollo basado en el modelo de la imagen, la calidad de mallado, simulación de fluidos, y el seguimiento de partículas magnéticas. Con este método, las actuaciones de tres protocolos de entrega intranasales fueron evaluados y comparados numéricamente. Influencias de las maniobras de respiración, disposición de imán, la intensidad de campo magnético, de posición de liberación del fármaco, y el tamaño de partícula de la dosis olfativa También se estudiaron numéricamente.

A partir de los simulations, se encontró que dosis olfativo clínicamente significativa (hasta 45%) fueron sea posible usando la combinación de diseño de imán y la liberación del fármaco selectivo. Una entrega 64 -fold más alto de dosis se predijo en el caso de la orientación magnetoforético en comparación con el caso sin él. Sin embargo, la orientación precisa de los aerosoles inhalados por vía nasal a la región olfativa sigue siendo un reto debido a la naturaleza inestable de magnetoforesis, así como la alta sensibilidad de dosificación olfativa para el paciente, dispositivo-, y los factores relacionados partículas.

Introducción

Los fármacos entregados a la región olfativa puede pasar por alto la barrera sangre-cerebro y directamente entrar en el cerebro, dando lugar a una absorción eficiente y rápido inicio de acción de las drogas ^1,2. Sin embargo, los dispositivos nasales convencionales tales como bombas nasales y aerosoles entregan dosis extremadamente bajas a la región olfativa (<1%) a través de la ruta nasal ^3,4. Es principalmente debido a la complicada estructura de la nariz humana, que se compone de pasajes estrechos, contorneados (Figura 1). La región olfativa localiza por encima del meato superior, en el que sólo una fracción muy pequeña de air....

Protocolo

Las imágenes de resonancia magnética fueron proporcionados por los Institutos Hamner para Ciencias de la Salud y el uso de estas imágenes fue aprobado por el comité de revisión institucional de la Universidad de Virginia Commonwealth.

Basado en imágenes de la vía aérea nasal 1. Preparación

1. Adquirir imágenes de resonancia magnética (RM) de un 53 años de edad, de sexo masculino no fumadores sanos (73 kg de peso y altura 173 cm) que constan de 72 coronal secciones transversales espaciadas 1,5 mm de separación que abarca las fosas nasales a la nasofaringe ^4.
2. Programa Abierto de imagen (por ejemplo,<....

Resultados

Caso de control:
La Figura 3 muestra el campo de flujo de aire y la deposición de partículas en la vía aérea nasal con dispositivos nasales estándar. Se muestra claramente que el flujo de aire desde el orificio nasal frontal está ventilado para el paso superior y el flujo de aire desde la ventana de la nariz hacia atrás está dirigida hacia el suelo nasal (Figura 3A). Las partículas de aerosol se observan a moverse más rápido en lo.......

Discusión

Una solución de imagen de CFD-acoplado se presenta en este estudio que incorpora el desarrollo basado en el modelo de la imagen, la calidad de mallado, la simulación del flujo de aire, y el rastreo de partículas magnéticas. Múltiples módulos de software se llevaron a cabo a este fin, que incluye funciones de segmentación de imágenes médicas, la reconstrucción / engrane de los modelos de las vías respiratorias de precisión anatómica, y simulaciones de flujo de partículas. El uso de este método numérico, actuaciones de tr.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
MIMICS 13	Materialise Inc, Ann Arbor, MI	Segmentación de imágenes por resonancia
Gambito	ANSYS Inc, Canonsburg, PA	Desarrollo de modelos
ANSYS ICEMCFD	ANSYS Inc, Canonsburg, PA	Mallado
ANSYS Fluent	ANSYS Inc, Canonsburg, PA		fluidos y partículas
COMSOL Multiphsics	COMSOL Inc, Burlington, MA	Trazado magnético de

magnéticaSimulación de partículas