Presentamos un método in vitro de alto rendimiento para cuantificar la deposición pulmonar regional a nivel del lóbulo utilizando modelos pulmonares impresos en 3D derivados de tomografía computarizada con perfiles de flujo de aire ajustable.
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Artículo de método
Evaluación de la deposición pulmonar regional utilizando modelos pulmonares impresos en 3D específicos del paciente
En este artículo
Resumen
Resumen
El desarrollo de terapias específicas para enfermedades pulmonares está limitado por la disponibilidad de métodos de prueba preclínicos con la capacidad de predecir el suministro regional de aerosoles. Aprovechando la impresión 3D para generar modelos pulmonares específicos del paciente, delineamos el diseño de una configuración experimental in vitro de alto rendimiento para cuantificar la deposición pulmonar lobular. Este sistema está fabricado con una combinación de componentes impresos 3D y disponibles comercialmente y permite controlar de forma independiente el caudal a través de cada lóbulo del pulmón. La entrega de aerosoles fluorescentes a cada lóbulo se mide mediante microscopía de fluorescencia. Este protocolo tiene el potencial de promover el crecimiento de la medicina personalizada para enfermedades respiratorias a través de su capacidad para modelar una amplia gama de estados de demografía y enfermedades de los pacientes. Tanto la geometría del modelo pulmonar impreso en 3D como el ajuste del perfil de flujo de aire se pueden modular fácilmente para reflejar datos clínicos de pacientes con diferentes edades, raza y género. Los dispositivos de administración de fármacos clínicamente relevantes, como el tubo endotraqueal que se muestra aquí, se pueden incorporar a la configuración de pruebas para predecir con mayor precisión la capacidad de un dispositivo para dirigir el parto terapéutico a una región enferma del pulmón. La versatilidad de esta configuración experimental permite personalizarla para reflejar multitud de condiciones de inhalación, mejorando el rigor de las pruebas terapéuticas preclínicas.
Introducción
Muchas enfermedades pulmonares como el cáncer de pulmón y la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) presentan diferencias regionales en las características de la enfermedad; sin embargo, hay una falta de técnicas terapéuticas disponibles para el tratamiento de fármacos dirigidos a sólo las regiones enfermas del pulmón1. Múltiples modelos dinámicos de fluido computacional (CFD) han demostrado que es posible modular los perfiles de deposición de fármacos mediante la identificación de agilizaciónes específicas en el pulmón2,3. El desarrollo tanto de inhaladores como de adaptadores ....
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Protocolo
1. Preparación de componentes experimentales impresos en 3D
NOTA: Todo el software utilizado en el protocolo se indica en la Tabla de materiales. Además, el software de corte utilizado es específico de la impresora 3D que aparece en la Tabla de Materiales; sin embargo, este protocolo se puede extender a una amplia gama de impresoras 3D de estereolitografía (SLA).
- Convierta las tomografías computarizadas del paciente en objetos 3D (archivos .stl).
NOTA: Para una discusión más detallada de las características geométricas del modelo pulmonar específico utilizado en estos estudios, consulte Feng et....
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Resultados
Las partículas en este rango de tamaño (1-5 μm) y las condiciones de flujo (1-10 L/min) siguen las líneas de flujo de fluidos basadas tanto en su número teórico de Stokes como en los datos in vivo; por lo tanto, en ausencia de un dispositivo de entrega dirigido, se espera que las partículas liberadas en el modelo pulmonar se depositen de acuerdo con el porcentaje de flujo de aire total desviado a cada lóbulo. Las cantidades relativas de administración de partículas a cada lóbulo se pueden comparar con los datos del cauda.......
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Discusión
El dispositivo actual de última generación para pruebas farmacéuticas pulmonares de una dosis completa de inhalación es el Next Generator Impactr (NGI), que mide el diámetro aerodinámico de un aerosol4. Estos datos de tamaño se utilizan entonces para predecir la generación pulmonar a la que el aerosol se depositará en función de una correlación desarrollada para un macho adulto sanode 11años. Desafortunadamente, este método es limitado en su capacidad para evaluar las difer.......
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Los autores agradecen al profesor Yu Feng, a la Dra. Jenna Briddell, Ian Woodward y Lucas Attia por sus útiles discusiones.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Racor de tubo de púas de plástico de 1/4" | McMaster Carr | 5372K111 | |
| 10 mmm Papel de filtro | Fisher | 1093-110 | |
| 1um Partículas de poliestireno fluorescente | Polysciences | 15702-10 | |
| Partículas de poliestireno no fluorescentes de 1um | Polysciences | 8226 | |
| 2-propanol | Fisher | A516-4 | Referido a en el protocolo como "IPA" |
| 3/8" Accesorio de tubo de púas de plástico | McMaster Carr | 5372K117 | |
| Medidor de flujo de aire (1 - 280 mL/min) | McMaster Carr | 41695K32 | Referido en el protocolo como "medidor de flujo" |
| Carbon M1 3D Printer | Carbon 3D | https://www.carbon3d.com/, software asociado referido en el protocolo como "software de corte" | |
| Collison Nebulizador de chorro | CH Technologies | ARGCNB0008 (CN-25) | 6 Colisión horizontal estilo Jet MRE con frasco de vidrio, referido en el protocolo como "nebulizador", |
| de convección | Yamato | DKN602 | |
| Copley Controlador de flujo crítico TPK2000 Reve 120V | MSP Corp | 0001-01-9810 | Referido en el protocolo como "controlador de flujo" |
| Bomba de alta capacidad Copley modelo HCP5 | MSP Corp | 0001-01-9982 | Referida en el protocolo como "bomba de vacío" |
| Cytation | BioTek | CYT5MPV | Espectrofotómetro multifuncional / generador de imágenes fluorescente equipado con objetivos 4x / 20x / 40x y DAPI / GFP / TexasRed láser / cubos de filtro |
| EPU40 Resina | Carbono 3D | https://www.carbon3d.com/materials/epu-elastomeric-polyurethane/, referido en el protocolo como "resina blanda" | |
| Filtro para bomba de vacío | Whatman | 6722-5000 | |
| Medidor de flujo Modelo DFM 2000 | MSP Corp | 0001-01-8764 | Referido en el protocolo como "medidor de flujo electrónico" |
| ImageJ Software | ImageJ | https://imagej.nih.gov/ij/download.html | |
| Válvula de control de flujo de aire en línea (Push-to-Connect) | McMaster Carr | 62005K333 | Referida en el protocolo como "válvula" |
| Dispositivos de filtro en línea | Whatman | WHA67225000 | |
| Lámina de madera contrachapada de grado marino | McMaster Carr | 62005K333 | Denominada en el protocolo como "tabla de madera" |
| Materialise Mimics Software | Materialise | https://www.materialise.com/en/medical/mimics-innovation-suite, Referido en el protocolo como "software de escaneo CT" | |
| Software Meshmixer | Autodesk | http://www.meshmixer.com/, Referido en el protocolo como "software de edición de malla" | |
| Metanol | Fisher | A454-4 | |
| Opticure LED Cube | APM Technica 102843 | Referido en el protocolo como "Horno UV" | |
| PR25 Resina | Carbono 3D | https://www.carbon3d.com/materials/uma-urethanemethacrylate, /Referido en el protocolo como "resina dura" | |
| Tubo de PVC para productos químicos | McMaster Carr | 5231K161 | 1/4" |
| ID Tornillos SolidWorks | |||
| Software | Dassault Systè mes SolidWorks Corporation | https://www.solidworks.com/, referido en el protocolo como "software de modelado 3D" | |
| Colector rectangular de flujo recto | McMaster Carr | 1125T31 | |
| Tubo a controlador de flujo | McMaster Carr | 5233K65 | 3/8" |
| ID Wire |
Referencias
- Goel, A., Baboota, S., Sahni, J. K., Ali, J. Exploring targeted pulmonary delivery for treatment of lung cancer. International Journal of Pharmaceutical Investigation. 3 (1), 8-14 (2013).
- Kleinstreuer, C., Zhang, Z., Li, Z., Roberts, W. L., Rojas, C.
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Reimpresiones y permisos
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