Evaluación de la deposición pulmonar regional utilizando modelos pulmonares impresos en 3D específicos del paciente

Este protocolo tiene el potencial de impulsar el desarrollo de nuevas terapias pulmonares dirigidas al permitir las predicciones preclínicas de la deposición regional. Esta técnica incorpora modelos pulmonares anatómicamente precisos, impresos en 3D a partir de tomografías computarizadas del paciente para la generación rápida de resultados predictivos personalizados sobre la eficacia de los posibles tratamientos. Esta técnica se puede utilizar para desarrollar terapias dirigidas que minimicen los efectos fuera del objetivo para enfermedades que se caracterizan por obstrucciones de área regional, como el cáncer de pulmón o la EPOC.

Después de imprimir los componentes experimentales y completar el posprocesamiento según las instrucciones del fabricante, lave cuidadosamente las piezas impresas en resina blanda con al menos un 99% de alcohol isopropílico de pureza para eliminar el exceso de resina sin curar antes de curar térmicamente las piezas en un horno de convección durante ocho horas de acuerdo con las especificaciones del fabricante. A continuación, lava las piezas impresas en resina dura con el alcohol para eliminar el exceso de resina sin curar y cura las piezas en un horno UV durante un minuto por lado. Para el ensamblaje de la tapa de salida del lóbulo, inserte un extremo de la base de conexión del tubo de púas ovalado en la tapa antes de estirar con cuidado la tapa flexible sobre el otro extremo de la base ovalada, teniendo especial cuidado de no agrietar la base delgada y con la boquilla que sobresale a través de la abertura en la base de la tapa.

A continuación, corte papel de filtro de 10 microlitros a un tamaño ligeramente mayor que el área de salida y doble el papel de filtro sobre la salida del lóbulo, sosteniendo el papel en su lugar con una mano. Luego, use pinzas en la otra mano, para estirar la tapa con la conexión del tubo de púas sobre la salida y presione la tapa hacia abajo hasta que la muesca coincida con la muesca correspondiente en la salida del lóbulo. Antes de cada ejecución experimental, conecte cada salida de lóbulo del modelo pulmonar al tubo del medidor de flujo y la válvula correspondientes, teniendo cuidado de no aplicar demasiada presión lateral a la conexión del tubo de púas.

Conecte el medidor de flujo electrónico a la entrada de la boca del modelo de pulmón para medir la tasa de flujo de aire total al modelo de pulmón y encienda el controlador de flujo y la bomba de vacío. En el controlador de flujo, seleccione la configuración de la prueba y aumente lentamente el caudal hasta que el medidor de flujo electrónico muestre el caudal total deseado. Utilice las válvulas para ajustar el caudal a través de los lóbulos pulmonares superior derecho, medio derecho, inferior derecho, superior izquierdo e inferior izquierdo.

Una vez que los caudales de carga que se muestran en los medidores de flujo estén estables en el valor deseado, verifique el caudal general nuevamente en el medidor de flujo electrónico para verificar que no haya fugas en el sistema. A continuación, salga de la configuración de la prueba en el controlador de caudal dejando la bomba de vacío encendida. Para la administración de aerosoles al modelo de pulmón, llene un nebulizador con una solución de las partículas fluorescentes deseadas y conecte el nebulizador a la entrada del modelo de pulmón.

Para medir la eficacia del dispositivo de focalización, inserte el dispositivo en el modelo de pulmón y conecte el nebulizador al dispositivo. Conecte la línea de aire comprimida al nebulizador. Configure el controlador de flujo para que funcione durante una prueba de diez segundos y abra ligeramente la válvula de aire comprimido para comenzar a generar un aerosol dentro del nebulizador.

Presione inicio en el controlador de flujo e inmediatamente abra completamente la válvula de aire comprimido. Cuando el controlador de flujo alcance aproximadamente nueve segundos, comience a cerrar la válvula de aire comprimido y cierre la hoja de la campana extractora tanto como sea posible. Una vez que la válvula esté completamente cerrada, desconecte el nebulizador de la línea de aire comprimida.

Cierre completamente la hoja de la campana extractora, apague la bomba de vacío y deje que los aerosoles se eliminen de la campana extractora. Después de unos 10 minutos, desconecte el modelo de pulmón del sistema de tubos, teniendo cuidado de no agrietar las conexiones de los tubos de púas y pase un par de pinzas por debajo del borde de cada tapa de salida del lóbulo para quitar las tapas de las salidas. A continuación, transfiera el papel de filtro de cada tapa a pocillos individuales de una placa de 24 pocillos, con las deposiciones de partículas hacia abajo.

Cuando se haya recogido todo el papel de filtro, coloque la placa en la platina de un microscopio digital de fluorescencia y ajuste el microscopio a un aumento de 4X y al canal de fluorescencia adecuado. A continuación, tome al menos tres imágenes del papel de filtro de cada lóbulo en ubicaciones aleatorias y guarde las imágenes como archivos TIF. En condiciones de recolección de un litro por minuto en un pulmón sano, finalizado por EPOC, el perfil de deposición determinado experimentalmente no difiere estadísticamente de los datos clínicos que demuestran que la configuración imita con precisión la distribución del flujo de aire a cada uno de los lóbulos pulmonares.

En comparación con el perfil de deposición de partículas no dirigidas, el uso de un tubo endotraqueal modificado genera un aumento de casi cuatro veces en la administración del lóbulo inferior izquierdo. Además de desviar más del 96% de las partículas entregadas al pulmón izquierdo. Al alterar la configuración de la ubicación de liberación para dirigirse al lóbulo inferior derecho, este dispositivo genera más del doble de la entrega de partículas al lóbulo derecho y desvía el 94% de las partículas entregadas al pulmón derecho.

En comparación con el perfil de deposición de partículas no dirigidas, el dispositivo de cilindro concéntrico provoca un aumento de casi tres veces en el suministro del lóbulo superior izquierdo, además de desviar más del 87% de las partículas entregadas al pulmón izquierdo. La eficiencia de la focalización también se puede observar cualitativamente comparando las imágenes del filtro de lóbulo objetivo con los otros filtros de salida. Como se ilustra, el método de focalización más eficaz producirá una alta deposición de partículas en el lóbulo de interés previsto y una baja deposición en las salidas de lóbulos restantes.

Es esencial asegurarse de que los componentes estén conectados correctamente para evitar fugas dentro del sistema, ya que las fugas afectarán los resultados de la deposición. Este protocolo permite a los investigadores probar posibles dispositivos de administración de fármacos dirigidos a regiones específicas del pulmón antes de los ensayos clínicos, lo que reduce el coste asociado con el desarrollo de fármacos y la mejora de la eficacia en pacientes humanos.