Name: Modélisation et simulations de Olfactive Drug Delivery avec les contrôles passifs et actifs de inhalés par voie nasale pharmaceutiques Aérosols (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-05-20T14:00:00.000+00:00
Duration: 15 min 4 s
Description: Découvrez la modélisation et les simulations pour la délivrance de médicaments olfactifs utilisant des aérosols nasaux avec contrôles passifs et actifs. Cette méthode optimise le ciblage thérapeutique vers le cerveau.

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Cette étude a été financée par la Central Michigan University Innovative Research Grant P421071 et Early Career Grant P622911.

Les images IRM ont été fournies par les Instituts Hamner pour les sciences de la santé et l&#39;utilisation de ces images a été approuvé par l&#39;Institutional Review Board Virginia Commonwealth University. 1. Image Based Airway Nasal Préparation <ol><li> Acquérir résonance magnétique (MR) des images d&#39;un 53-year-old male non-fumeurs en bonne santé (poids 73 kg et la hauteur 173 cm) qui se composent de 72 sections coronales espacées de 1,5 mm couvrant part les narines du nasopharynx 4. </li><li> Programme ouvert d&#39;imagerie (par exemple, MIMETIQUES) <ol><li> Pour importer des images, cliquez sur &quot;Fichier&quot;, &quot;Importer des images&quot;. Sélectionnez les images IRM et cliquez sur &quot;Ok&quot;. </li><li> Pour construire le modèle 3-D, cliquez sur &quot;Segmentation&quot;, puis &quot;Threshold&quot; pour définir la plage d&#39;échelle de gris entre -1020 et -500. Cliquez sur &quot;Segmentation&quot;, &quot;Calculer 3D&quot;. </li><li> Cliquez sur &quot;Segmentation&quot; et &quot;Calculer polylignes&quot;. Sélectionnez le 3corps -D, et cliquez sur &quot;Ok&quot; pour générer les polylignes qui définissent la géométrie solide. Exporter les polylignes comme un fichier IGES. </li></ol></li><li> Ouvrir le modèle de développement logiciel (par exemple, Gambit) <ol><li> Cliquez sur &quot;Fichier&quot;, &quot;Importer&quot;, &quot;IGES&quot; pour importer le fichier IGES dans le programme. Cliquez sur &quot;bouton de commande Edge&quot; sur le panneau de droite; cliquez sur &quot;Créer Edge&quot; et sélectionnez &quot;NURBS&quot; pour reconstruire les contours lisses. </li><li> Cliquez sur &quot;bouton de commande Face&quot;, puis cliquez sur &quot;face Form&quot;. Sélectionnez &quot;Filaire&quot; pour construire une surface à partir des bords. Continuer à construire toutes les surfaces qui couvrent l&#39;ensemble des voies respiratoires. Conservez les détails anatomiques nasales telles que la luette, pli epiglottal, et des sinus laryngé (Figure 1). Cliquez sur &quot;Fichier&quot;, &quot;Exporter&quot; &quot;IGES&quot; pour exporter le modèle des voies nasales. </li></ol></li><li> Logiciel Open Maillage (par exemple, ICEM CFD) <ol><li> Cliquez sur &quot;Fichier&quot;,&quot; Importer la géométrie &quot;,&quot; Legacy &quot;et&quot; STEP / IES &quot;pour importer le modèle des voies nasales Cliquez.&quot; Créer des pièces &quot;pour diviser les surfaces des voies aériennes dans cinq régions différentes: vestibule nasal, valve nasale, région turbinate, olfactifs, et nasopharynx. </li><li> Pour générer maillage de calcul à l&#39;intérieur des voies aériennes, cliquez sur &quot;Mesh&quot;, &quot;Global Setup Mesh&quot;. Indiquez la taille maximale des mailles de 0,1 mm et cliquez sur &quot;Appliquer&quot;. </li><li> Pour ajouter un maillage de corps monté dans la zone proche de la paroi, cliquez sur &quot;Compute Mesh&quot;, &quot;Prism Mesh&quot;. Indiquez le nombre de couches que 5 et le rapport d&#39;élargissement de 1,25 et cliquez sur &quot;Appliquer&quot;. </li></ol></li></ol> 2. Contrôle passif de particules <ol><li> Vestibulaire intubation: Avant vs. Arrière <ol><li> Ouvrez le modèle de développement logiciel pour développer le modèle nasal avec intubation vestibulaire avant. Cliquez sur &quot;Volume&quot;, puis &quot;Déplacer / copier&quot; pour changer l&#39;emplacement du nebulizer cathéter 5 mm dans le vestibule de la pointe de la narine. Cliquez sur &quot;injection&quot; pour libérer 60.000 particules (150 nm) dans la narine. </li><li> Ouvrez le logiciel de simulation de fluide (par exemple, ANSYS Fluent) pour calculer les taux de dépôt de particules à l&#39; intérieur du nez. Pour calculer le champ de flux d&#39;air à l&#39;intérieur des voies respiratoires, sélectionnez le modèle d&#39;écoulement laminaire en cliquant sur &quot;Définir&quot;, &quot;Modèles&quot;, &quot;visqueux&quot;; choisi &quot;Laminar&quot; sous &quot;modèle visqueux&quot;. </li><li> Sélectionnez la &quot;Discrete Phase Model&quot; pour suivre les mouvements de particules. Cochez la case &quot;Force Lift Saffman&quot; sous &quot;Discrete Phase Model&quot;. Cliquez sur &quot;Rapport&quot;, puis choisissez &quot;exemples&quot; Trajectoires; sélectionnez &quot;nasal&quot; sous &quot;Limites&quot; et cliquez sur &quot;Calculer&quot; pour trouver le nombre de particules déposées dans la région olfactive prédéfinie. Calculer la vitesse de dépôt comme le rapport de la quantité de particules déposées à la quantité de particules entrant dans les narines. </li><li> Répétez les étapes2.1.2 pour 1 um particules. </li><li> Suivez l&#39;étape 2.1.1, insérez la buse de pulvérisation de 5 mm dans le vestibule à l&#39;arrière de la narine. Répétez les étapes 2.1.2 et 2.1.3 pour calculer le taux de dépôt pour 150 particules nm. Répétez l&#39;étape 2.1.4 pour 1 um particules (back-intubation). </li></ol></li><li> intubation profonde <ol><li> Suivre la procédure 2.1.1 pour insérer le cathéter nébuliseur juste sous la région olfactive. Relâchez 60.000 particules submicroniques (150 nm) de nébuliseur. </li><li> Utilisez un logiciel de fluide et de simulation pour calculer les taux de dépôt de particules à l&#39;intérieur du nez à la fois sur base totale et locale en suivant des procédures similaires à celles énumérées au point 2.1.2. Répétez cette procédure pour 1 um particules. </li><li> Répétez les procédures ci-dessus tout en exerçant la respiration de maintien et l&#39;exhalation, respectivement. Cliquez sur &quot;Définir&quot;, puis &quot;Conditions limites&quot; pour ouvrir le panneau de condition limite. Spécifiez une vitesse nulle dans les deux narines pour respirer de rétention. Spécifiez la pression de vide (200 Pa) dans les narines et la pression zéro à la sortie de l&#39;exhalation. </li></ol></li></ol> 3. Active Control: magnétophorétique Guidance <ol><li> Test dans un Channel Two-Plate <ol><li> Ouvrez le logiciel de particules magnétiques de suivi (par exemple, COMSOL). Cliquez sur &quot;Géométrie&quot; et &quot;Rectangle&quot; pour construire le canal à deux plaques. Cliquez sur &quot;Rectangle&quot; pour construire les aimants autour du canal à deux plaques. </li><li> Calculer les trajectoires des particules et la vitesse de dépôt. Cliquez sur &quot;Modèle 1&quot;, &quot;flux laminaire&quot; et &quot;Entrée 1&quot;; spécifier la vitesse d&#39;entrée de 0,5 m / s. Cliquez sur &quot;Modèle 1&quot;, &quot;Magnetic Fields&quot; et &quot;Conservation de flux magnétique&quot;, précise la force des trois aimants (1 × 10 5 A / m). </li><li> Cliquez sur &quot;Modèle 1&quot;, &quot;Suivi des particules pour Fluid Flow&quot; et &quot;Propriétés de particules&quot;; indiquer le diamètre des particules (15 um), la densité (1,78 g / cm3). Cliquez sur &quot;Entrée&quot; pour libérer 3.000 particules. Cliquez sur &quot;magnétophorétique Force&quot;, spécifier la perméabilité relative des particules (50). Cliquez sur &quot;Calculer&quot;. </li><li> Pour trouver le nombre de particules de dépôt dans la zone sélectionnée, cliquez sur &quot;Résultats&quot;, &quot;Groupe 1D Plot&quot; et &quot;Plot&quot;. Calculer la vitesse de dépôt comme le rapport de la quantité de particules déposées dans certaines zones à la quantité de particules entrant dans la géométrie. </li><li> Pour régler la force de l&#39;aimant, cliquez sur &quot;Modèle 1&quot;, puis &quot;Magnetic Fields&quot;; choisissez &quot;Conservation de flux magnétique&quot;, et changer la force de l&#39;aimant sous &quot;magnétisation&quot;. Augmenter la force de l&#39; aimant par un incrément de 1 x 10 4 A / m et cliquez sur &quot;Calculer&quot;. </li><li> Répétez cette procédure jusqu&#39;à ce que l&#39;arrangement d&#39;aimants appropriés a été obtenu pour la délivrance de médicaments efficaces pour la région olfactive. </li></ol></li><li> Test dans le 2-D Nez idéalisé Modèle <ol><li> Appliquer les forces magnétiques obtenues en 3.1 dans un modèle de nez 2-D en mettant trois aimants 1 mm au-dessus du nez. Cliquez sur &quot;Modèle 1&quot;, &quot;Géométrie 1&quot; pour spécifier la taille et la position de l&#39;aimant. Cliquez sur &quot;Modèle 1&quot;, &quot;Suivi de particules pour Fluid Flow&quot;, &quot;Entrée&quot; pour libérer 3.000 particules dans la narine gauche. Cliquez sur &quot;Propriétés de particules&quot; pour spécifier la taille de particules de 15 um. </li><li> Simuler les trajectoires des particules et ultérieures efficacité de livraison olfactifs en suivant des procédures similaires à celles énumérées au point 3.1.2. </li><li> Réglez la disposition de l&#39;aimant et la force pour améliorer l&#39;efficacité de la livraison olfactive. Pour ajuster la taille de l&#39;aimant et la position, cliquez sur &quot;Modèle 1&quot;, puis &quot;Géométrie 1&quot;; choisir l&#39;aimant d&#39;intérêt, modifiez les valeurs de largeur, la profondeur, la hauteur ou x, y, z. 3.1.5 suivre pour ajuster la force de l&#39;aimant. </li></ol></li><li> Test dans le Nez précis du modèle 3-D Anatomiquement <ol><li> Lutinort nasal modèle des voies respiratoires 3-D dans le logiciel de suivi des particules magnétiques. Suivez la procédure 3.2.1, mettre quatre aimants 1 mm au-dessus du nez et de libérer 3.000 particules de 15 um de diamètre d&#39;un point seulement sélectionné. </li><li> Utilisez un logiciel de suivi des particules magnétiques pour suivre les trajectoires des particules et calculer l&#39;efficacité de la livraison olfactifs en suivant des procédures similaires à celles énumérées au point 3.2.1 - 3.2.3. </li><li> Suite 3.2.3, ajuster la disposition de l&#39;aimant et la force dans le modèle 3D pour améliorer la délivrance ciblée de la région olfactive. </li><li> la taille des particules d&#39;essai allant de 1 à 30 um pour trouver la taille de particule droite pour le guidage optimal magnétophorétique à la région olfactive. </li></ol></li></ol>

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</ol>

Les auteurs rapportent aucun conflit d&#39;intérêts dans ce travail.

Une méthode d&#39;image CFD couplé a été présenté dans cette étude qui a incorporé le développement basé sur l&#39;image modèle, maillage qualité, simulation de flux d&#39;air, et le suivi des particules magnétiques. Plusieurs modules logiciels ont été mis en œuvre à cet objectif, qui comprenait des fonctions de segmentation d&#39;images médicales, la reconstruction / maillage des modèles des voies respiratoires anatomiquement précises, et des simulations flux de particules. En utilisant cette méthode numérique, les per...

Les médicaments livrés à la région olfactive peut contourner le sang-cerveau-barrière et directement entrer dans le cerveau, conduisant à une absorption efficace et le début d&#39;action rapide des médicaments 1,2. Cependant, les dispositifs nasaux conventionnels tels que des pompes nasales et sprays délivrent des doses extrêmement faibles de la région olfactive (&lt;1%) par voie nasale 3,4. Il est principalement en raison de la structure complexe du nez humain qui est composé de passages, alambiquées étroites (figure 1). La région olfactive localise au- dessus du méat supérieur, où seulement une très petite fraction d&#39;air inhalé peut atteindre 5,6. En outre, les dispositifs d&#39;inhalation classiques dépendent des forces aérodynamiques pour transporter des agents thérapeutiques vers la zone cible 7. Il n&#39;y a pas encore de contrôle sur les mouvements des particules après leur libération. Par conséquent, le transport et le dépôt de ces particules dépendent essentiellement de leurs vitesses initiales et positions de libération. Dûle passage nasal alambiqué, ainsi que le manque de contrôle des particules, la majorité des particules de médicament sont pris au piège dans le nez antérieur et ne peut pas atteindre la région olfactive 8. Bien qu&#39;il existe de nombreux choix de dispositifs nasaux, ceux qui sont conçus spécifiquement pour la livraison olfactive ciblée ont rarement été rapporté 7,9. Une exception est Hoekman et Ho 10 qui a développé un dispositif de délivrance olfactif préférentiel et a démontré des niveaux plus élevés cortex-à-sang drogue chez le rat , par opposition à l&#39; aide d&#39; une goutte de nez. Cependant, à l&#39; échelle les résultats de dépôt chez le rat à l&#39; homme est pas simple, compte tenu des grandes différences anatomiques et physiologiques entre ces deux espèces 11. De nombreuses limitations existent lors de l&#39;utilisation des versions adaptées de dispositifs nasales standard pour les livraisons olfactives. Un revers principal est que seule une très petite partie des médicaments peuvent être livrés à la muqueuse olfactive, à travers laquelle les médicaments peuvent entrer dans lacerveau. La modélisation numérique prédit que moins de 0,5% de nanoparticules administrées par voie intranasale peut se déposer dans la région de 3,5 olfactive. La vitesse de dépôt est encore plus faible (0,007%) pour les particules 12 micromètres. Afin de rendre la prestation nez-à-cerveau cliniquement possible, le taux de dépôt olfactif doit être considérablement améliorée. Il existe plusieurs approches possibles pour améliorer la prestation olfactive. Une approche est l&#39;idée de l&#39; inhalateur intelligent proposé par Kleinstreuer et al. 13 Comme particules de dépôt dans une région sont principalement d&#39;une zone spécifique à l&#39;entrée, il est possible de délivrer des particules sur le site cible en les libérant uniquement de certaines zones à l&#39;entrée . La technique de livraison à puce a été montré pour générer une livraison du poumon beaucoup plus efficace que les méthodes conventionnelles. 13,14 On suppose que cette idée de livraison à puce peut également être appliquée dans l&#39; administration de médicaments par voie intranasale à imProve dosages à la muqueuse olfactive. En libérant des particules dans différentes positions à l&#39;ouverture de la narine et de différentes profondeurs dans la cavité nasale, l&#39;amélioration de l&#39;efficacité de la livraison olfactifs et une réduction des déchets de la drogue dans le nez antérieur sont possibles. Une autre méthode possible consiste à contrôler activement le mouvement des particules au sein de la cavité nasale en utilisant une variété de forces de champ, telles que la force électrique ou magnétique. Commande électrique des particules chargées a été suggéré pour la livraison ciblée des médicaments pour le nez et les poumons humains 15-17. Xi et al. 18 numériquement testé la performance de l&#39; orientation électrique des particules chargées et prédit significativement améliorée doses olfactives. De même, l&#39;orientation des particules de médicament ferromagnétiques ayant un champ magnétique approprié a également le potentiel de cibler les particules à la muqueuse olfactive. Comportements des agents inhalés, si ferromagnétique, peuvent être modifiés en imposant des forces magnétiques appropriés <sup&gt; 19. Dames et al. 20 a démontré qu&#39;il est pratique pour cibler des particules ferromagnétiques à des zones spécifiques dans les poumons de souris. Par emballage agents thérapeutiques avec des nanoparticules d&#39;oxyde de fer superparamagnétiques, le dépôt dans un poumon d&#39;une souris sous l&#39;influence d&#39;un fort champ magnétique a été considérablement augmenté par rapport à l&#39;autre poumon 20. On a supposé que les particules sphériques et ont varié de 150 nm à 30 um de diamètre. L&#39;équation qui se 21: (1) <img alt="L&#39;équation 1" src="/files/ftp_upload/53902/53902eq1.jpg" /> L&#39;équation ci - dessus décrit le mouvement d&#39;une particule régie par la force de traînée, la force gravitationnelle, Saffman force de levage 22, la force brownien pour les nanoparticules et la force magnétophorétique si elles sont placées dans un champ magnétique. Ici, v i est la vitesse des particules, u i est la vitesse d&#39;écoulement, τ p est égal àle temps de réponse des particules, C c représente le facteur de correction Cunningham, et α est le rapport de la masse volumique air / particules. Afin de guider efficacement les médicaments administrés par voie intranasale à la région olfactive, il est nécessaire que les forces appliquées magnétophorétique à surmonter à la fois l&#39;inertie des particules et de la force gravitationnelle. Dans cette étude, un composé de 20% de la maghémite (γ-Fe 2 O 3, de 4,9 g / cm3) et 80% d&#39; agent actif a supposé, ce qui donne une densité d&#39;environ 1,78 g / cm 3 et une perméabilité relative de 50. la sélection de γ-Fe 2 O 3 est dû à sa faible cytotoxique. Fer (3+) , les ions sont largement trouvé dans le corps humain et une concentration en ions légèrement plus élevée ne provoquera pas d&#39;effets secondaires significatifs 23.

<table><tbody><tr><td>MIMICS 13</td><td>Materialise Inc, Ann Arbor, MI</td> Segmentation <td></td><td>d’images</td></tr><tr><td>MR Gambit</td><td>ANSYS Inc, Canonsburg, Pennsylvanie ;</td><td>Développement</td><td></td>de modèles</tr><tr><td>ANSYS ICEMCFD</td><td>ANSYS Inc, Canonsburg, PA&nbsp ;</td><td>Maillage</td><td></td></tr><tr><td>ANSYS Fluent</td><td>ANSYS Inc, Canonsburg, Pennsylvanie ;</td>Simulation <td></td><td>des fluides et des particules</td></tr><tr><td>COMSOL Multiphsics</td><td>COMSOL Inc, Burlington, MA</td><td>Traçage magnétique des</td><td></td> particules</tr></tbody></table>

modélisation et simulations de olfactive drug delivery avec les contrôles passifs et actifs de inhalés par voie nasale pharmaceutiques aérosols

Modeling and Simulations of Olfactory Drug Delivery with Passive and Active Controls of Nasally Inhaled Pharmaceutical Aerosols

Il existe de nombreux avantages de l&#39;administration de médicaments directe nez-à-cerveau dans le traitement de troubles neurologiques. Cependant, son application est limitée par l&#39;efficacité d&#39;administration extrêmement faible (&lt;1%) à la muqueuse olfactive qui se raccorde directement au cerveau. Il est crucial de développer des techniques de nouvelles pour fournir plus efficacement des médicaments neurologiques à la région olfactive. L&#39;objectif de cette étude est de développer une plate-forme numérique pour simuler et améliorer la prestation olfactive intranasale de drogue. Une méthode d&#39;image CFD couplé a été présenté que synthétisé le développement basé sur l&#39;image modèle, maillage de qualité, simulation de fluide, et le suivi des particules magnétiques. Avec cette méthode, les performances de trois protocoles de livraison intranasale ont été évalués et comparés numériquement. Influences des manœuvres de respiration, la disposition de l&#39;aimant, la force du champ magnétique, la position de libération du médicament, et la taille des particules sur le dosage olfactif ont également été numériquement étudiés. De l&#39;artimulations, nous avons constaté que la dose olfactive cliniquement significative (jusqu&#39;à 45%) étaient réalisables en utilisant la combinaison de la mise en page de l&#39;aimant et la libération du médicament sélectif. Une livraison 64 -fold supérieure de la dose a été prédit dans le cas des directives magnétophorétique par rapport au cas sans elle. Cependant, l&#39;orientation précise des aérosols inhalés par voie nasale à la région olfactive reste difficile en raison de la nature instable du magnétophorèse, ainsi que la haute sensibilité du dosage olfactif PATIENT, device-, et les facteurs liés aux particules.

Case de contrôle: La figure 3 montre le champ de débit d&#39; air et le dépôt des particules dans la voie nasale avec des dispositifs nasaux standard. Il montre clairement que le flux d&#39; air de la narine avant est ventilé vers le passage supérieur et le flux d&#39; air de la narine arrière est dirigée vers le plancher nasal (figure 3A). Les particules d&#39;aérosol sont observées pour se déplacer plus rapidement dans les passa...

Ce manuscrit passe en revue la modélisation et les simulations de différents protocoles d’administration de médicaments dans la région olfactive dans des modèles de voies respiratoires nasales basés sur l’image. Plusieurs modules logiciels sont utilisés pour développer le modèle de nez anatomiquement précis, générer un maillage informatique, simuler les flux d’air nasal et prédire le dépôt de particules dans la région olfactive.

Modélisation et simulations de Olfactive Drug Delivery avec les contrôles passifs et actifs de inhalés par voie nasale pharmaceutiques Aérosols

There are many advantages of direct nose-to-brain drug delivery in the treatment of neurological disorders. However, its application is limited by the ...

L'objectif général de cette méthodologie est d'élaborer différents protocoles pour acheminer des médicaments vers la région olfactive dans des modèles de voies nasales basés sur l'imagerie. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés concernant l'administration de médicaments au système nerveux, telles que : Est-il possible d'acheminer une dose adéquate vers la région olfactive ? Comment contrôler le mouvement des particules dans le nez ?Quelle est la meilleure pratique pour le ciblage olfactif ? Le principal avantage de cette technique est qu'une dose olfactive nettement accrue peut être obtenue. Cette étape est cruciale pour la délivrance de médicaments de type « nez au cerveau ».Les implications de cette technique s'étendent à la thérapie des tumeurs cérébrales. En effet, les particules de médicament déposées dans la région olfactive peuvent pénétrer directement dans le cerveau. Commencez par acquérir des images de résonance magnétique, ou IRM, d'un homme en bonne santé, non-fumeur, âgé de 53 ans, composées de 72 coupes coronales espacées de 1,5 millimètre et s'étendant des narines au nasopharynx.Ouvrez le logiciel d'imagerie et importez les images IRM en cliquant sur Fichier, Importer les images. Sélectionnez les images IRM puis cliquez sur OK. Pour construire le modèle 3D, cliquez sur Segmentation, puis sur Seuil. Réglez la plage de niveaux de gris entre -1024 et -419.Cliquez sur Segmentation et Calculer 3D. Ensuite, cliquez sur Segmentation et Calculer les polylignes. Sélectionnez le volume 3D et cliquez sur OK pour générer les polylignes qui définissent la géométrie solide.Exporter les polylignes sous forme de fichier IGES. Ouvrez maintenant le logiciel de développement de modèles, puis cliquez sur Fichier, Importer et IGES pour importer le fichier IGES dans le programme. Ensuite, cliquez sur le bouton Commande d'arête dans le panneau de droite, cliquez sur Créer une arête, puis sélectionnez NURBS pour reconstruire des contours lisses.Cliquez sur le bouton Commande de face, puis sur Face de forme. Sélectionnez Structure filaire pour créer une surface à partir des arêtes. Continuez à créer toutes les surfaces qui couvrent toute les voies respiratoires.Conserver les détails anatomiques du nez tels que le voile du palais, le repli épiglottique et le sinus laryngé. Cliquer sur Fichier, Exporter, IGES pour exporter le modèle des voies nasales. Ensuite, ouvrir le logiciel de maillage.Cliquez sur Fichier, Importer la géométrie, Ancien, puis STEPIES pour importer le modèle des voies nasales. Cliquez sur Créer des parties afin de diviser les surfaces des voies respiratoires en cinq régions distinctes : le vestibule nasal, la valve nasale, la région des cornets, la région olfactive et le nasopharynx. Générez un maillage de calcul à l'intérieur des voies respiratoires en cliquant sur Maillage, puis Configuration globale du maillage.Spécifiez la taille maximale du maillage comme étant 0,1 millimètre et cliquez sur Appliquer. Enfin, ajoutez un maillage ajusté au corps dans la région proche de la paroi en cliquant sur Calculer le maillage, Maillage prismatique. Indiquez le nombre de couches comme étant cinq et le rapport d'expansion comme étant 1,25, puis cliquez sur Appliquer.Commencez par ouvrir le logiciel de développement de modèles afin de créer le modèle nasal avec une intubation vestibulaire antérieure. Cliquez sur Volume, puis sur Move Copy pour déplacer le cathéter nébuliseur de cinq millimètres à l'intérieur du vestibule à partir de l'extrémité de la narine. Cliquez sur Injection pour libérer 150 nanomètres de particules dans la narine.Ensuite, ouvrez le logiciel de simulation des fluides pour calculer les taux de dépôt des particules à l'intérieur du nez. Pour calculer le champ d'écoulement de l'air dans les voies respiratoires, sélectionnez le modèle d'écoulement laminaire en cliquant sur Définir, Modèles, Visqueux, puis choisissez Laminaire dans le modèle visqueux. Pour suivre les trajectoires des particules, sélectionnez le modèle de phase discrète.Activez la force de portance de Saffman dans le modèle de phase discrète, cliquez sur Rapport, puis choisissez Échantillonner les trajectoires. Pour déterminer le nombre de particules déposées dans la région olfactive prédéfinie, sélectionnez Nasal sous Limites et cliquez sur Calculer. Calculez le taux de dépôt comme le rapport entre la quantité de particules déposées et la quantité de particules entrant dans les narines.Ensuite, développer le modèle nasal avec une intubation vestibulaire postérieure. Réaliser la même procédure que celle effectuée par l'avant. Cliquer sur Volume, puis sur Déplacer Copier pour modifier la position du cathéter nébuliseur de cinq millimètres à l'intérieur du vestibule à partir de la narine postérieure.Cliquez sur Injection pour libérer 150 nanomètres de particules dans la narine. Poursuivez avec une intubation profonde en insérant le cathéter nébuliseur juste sous la région olfactive. Libérez 150 nanomètres de particules à partir du nébuliseur.Utilisez un logiciel de dynamique des fluides et de simulation pour calculer les taux de dépôt des particules à l'intérieur du nez, selon une base totale et locale, en suivant des procédures similaires à celles utilisées pour l'intubation vestibulaire. Enfin, répétez l'intubation profonde en exerçant respectivement l'apnée et l'expiration. Cliquez sur Définir, puis sur Conditions aux limites pour ouvrir le panneau des conditions aux limites.Spécifiez une vitesse nulle aux deux narines pour la rétention de la respiration. Spécifiez une pression de vide de 200 pascals au niveau des narines et une pression nulle à la sortie pour l'expiration. Commencez par ouvrir le logiciel de suivi des particules magnétiques.Cliquez sur Géométrie, puis sur Rectangle pour créer le canal à deux plaques. Cliquez sur Rectangle pour créer les aimants autour du canal à deux plaques. Calculez les trajectoires des particules et le taux de dépôt en cliquant sur Modèle 1, Écoulement laminaire et Entrée 1.Ensuite, spécifiez la vitesse d'entrée à 0,5 mètre par seconde. Cliquez sur Modèle 1, Champs magnétiques, et Conservation du flux magnétique, puis indiquez l'intensité des trois aimants. Cliquez sur Modèle 1, Suivi des particules pour écoulement fluide, et Propriétés des particules.Spécifiez le diamètre et la densité des particules, puis cliquez sur Inlet pour libérer 3 000 particules et sur Magnetophoretic Force et Compute pour spécifier la perméabilité relative des particules. Pour déterminer combien de particules se déposent dans la zone sélectionnée, cliquez sur Results, 1D Plot Group, puis sur Plot. Calculez le taux de dépôt comme le rapport entre la quantité de particules déposées dans une zone donnée et la quantité de particules entrant dans la géométrie.Ensuite, pour régler l'intensité de l'aimant, cliquez sur Modèle 1, puis sur Champs magnétiques. Sélectionnez Conservation du flux magnétique et modifiez l'intensité de l'aimant sous Aimantation. Augmentez l'intensité de l'aimant d'un incrément de un fois dix à la puissance quatre ampères par mètre, puis cliquez sur Calculer.Commencez par appliquer les intensités magnétiques récemment obtenues à un modèle de nez en 2D en plaçant trois aimants à un millimètre au-dessus du nez. Cliquez sur Modèle 1, Géométrie 1, pour spécifier la taille et la position de l'aimant. Ensuite, cliquez sur Modèle 1, Suivi des particules pour écoulement fluide, et Entrée pour libérer 3 000 particules dans la narine gauche.Cliquez sur Propriétés des particules pour définir la taille des particules à 15 micromètres. Simulez les trajectoires des particules et les rendements ultérieurs de distribution olfactive en cliquant sur Modèle 1, Écoulement laminaire et Entrée 1. Spécifiez la vitesse d'entrée à 0,5 mètre par seconde.Cliquez sur Modèle 1, Champs magnétiques et Conservation du flux magnétique, puis spécifiez l'intensité des trois aimants. Enfin, ajustez la disposition et l'intensité des aimants pour améliorer l'efficacité de la délivrance olfactive. Pour modifier la taille et la position de l'aimant, cliquez sur Modèle 1, puis sur Géométrie 1, sélectionnez l'aimant d'intérêt et modifiez les valeurs de largeur, profondeur, hauteur ou de X, Y et Z. Ajustez l'intensité de l'aimant en cliquant sur Modèle 1, puis sur Champs magnétiques.Choisissez la conservation du flux magnétique et modifiez la force de l'aimant dans l'aimantation. Augmentez la force de l'aimant d'un incrément de un fois dix puissance quatre ampères par mètre, puis cliquez sur Calculer. Après avoir terminé les tests sur le modèle 2D, importez le modèle tridimensionnel des voies nasales dans le logiciel de suivi des particules magnétiques.Comme effectué pour le modèle de nez 2D, placez quatre aimants à un millimètre au-dessus du nez, puis libérez 3 000 particules de 15 micromètres de diamètre à partir d'un point sélectionné. Utilisez un logiciel de suivi de particules magnétiques pour tracer les trajectoires des particules et calculez les efficacités de délivrance olfactive en suivant des procédures similaires à celles mentionnées précédemment. En suivant la même procédure qu'auparavant, ajustez la disposition et la force des aimants dans le modèle 3D afin d'améliorer la délivrance ciblée vers la région olfactive.Enfin, tester la taille des particules allant de un à 30 micromètres afin de déterminer la taille optimale pour un guidage magnétophorétique efficace vers la région olfactive. Les dispositifs nasaux conventionnels délivrent souvent des doses très faibles de médicaments dans la région olfactive en raison de la structure complexe du nez. Pour l'intubation vestibulaire, il existe un fort effet jedifact de libération des particules immédiatement en aval du nez.Comme prévu, davantage de particules de médicament sont acheminées vers la région olfactive avec une intubation frontale qu’avec une intubation dorsale, aussi bien pour les particules de 150 nanomètres que pour celles d’un micromètre. Afin d’évaluer les performances du guidage magnétophorétique, un canal à deux plaques a été utilisé pour déterminer l’intensité magnétique optimale, suivi d’un modèle de nez 2D idéalisé afin de définir une configuration de base des aimants, puis d’un modèle de nez 3D basé sur des images pour tester les performances. La dose olfactive optimale provient d’aérosols dont la taille se situe entre 13 et 17 micromètres.Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée correctement en deux jours, si elle est menée correctement. Lors de la réalisation de cette procédure, il est important de garder à l'esprit que les procédures peuvent prendre plus de temps dans le cas de géométries complexes. Après cette procédure, d'autres méthodes, comme l'orientation électrique des particules chargées, peuvent également être testées afin de déterminer si des particules chargées peuvent être utilisées pour une administration efficace de médicaments par voie olfactive.Grâce à ce développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de la distribution ciblée de médicaments pour explorer l'utilisation du champ magnétique dans les poumons ou d'autres organes. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière d'améliorer la distribution de médicaments et de réaliser des simulations avec Fluent et Comsol.

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Cette vidéo montre la génération d’aérosols médicamenteux et l’administration ciblée de ces aérosols uniquement par le nez à des souris à l’aide d’une unité d’inhalation équipée d’un générateur d’aérosols. La souris est retenue dans un dispositif de contention nasal uniquement et connectée à l'unité d'inhalation, qui délivre le médicament directement dans la cavité nasale de la souris. Par la suite, le médicament passe par la trachée et pénètre dans les poumons.

Technique permettant de générer et d’administrer des aérosols de médicaments directement dans les poumons de souris

Source : Kanazawa, T., et al. Nouvelles méthodes d’administration intranasale sous anesthésie par inhalation pour évaluer l’administration de médicaments du nez au cerveau. J. Vis. Exp. (2018)Cette vidéo montre l’administration intranasale de médicaments radiomarqués chez une souris anesthésiée pour obtenir une administration de médicament du nez au cerveau. Il explique comment les médicaments traversent l’épithélium nasal et voyagent par les voies neuronales pour atteindre le cerveau, ainsi...

Administration intranasale de médicaments chez la souris à l’aide d’une pipette et canulation inverse pour l’administration de médicaments du nez au cerveau

Au cours du développement de médicaments pour l'administration pulmonaire, il est nécessaire d'évaluer la pharmacocinétique et l'efficacité dans un modèle animal. Nous présentons une méthode pour construire un système de dispersion d'aérosol jetable à partir de composants de étagère qui peuvent être utilisés pour administrer un aérosol de poudre sèche pour rongeurs intrapulmonaire.

Doseurs à usage unique pour pulmonaire Insufflation d&#39;agents thérapeutiques pour les petits animaux

L'appareil d'inhalation décrit ici peut générer, pour la caractérisation de l'échantillon, et déposer uniformément un aérosol de médicament dans les poumons des rongeurs. Cela permet à la détermination de pré-clinique de l'efficacité et l'innocuité des doses de médicaments déposés dans les poumons; les données clés permettant le développement de médicaments inhalés clinique.

Poudre sèche et aérosol nébulisée L&#39;inhalation de produits pharmaceutiques à des souris Livrés L&#39;utilisation d&#39;un nez seul système d&#39;exposition

Nous décrivons ici deux nouvelles méthodes d’administration intranasale stable sous anesthésie par inhalation avec le stress physique minimale pour les animaux de laboratoire. On décrit également une méthode pour l’évaluation quantitative des niveaux de distribution de drogues dans le cerveau via la voie de nez-à-cerveau à l’aide de radioactif [14C]-inuline comme substrat modèle de macromolécules soluble dans l’eau.

Nouvelles méthodes pour l’Administration intranasale sous anesthésie par Inhalation pour évaluer des nez-de-Brain Drug Delivery

Le système de perméation d’imitation d’odeur contrôlée est une méthode simple, portable sur le terrain et peu coûteux de livraison d’odeurs pour les essais olfactifs et la formation. Il est construit à partir d’un odorant conservé sur un matériau adsorbent et contenu à l’intérieur d’un sac en polymère perméable permettant la libération contrôlée de la vapeur d’odorant au fil du temps.

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Nous présentons une méthode in vitro à haut débit pour quantifier le dépôt pulmonaire régional au niveau du lobe à l’aide de modèles pulmonaires imprimés 3D dérivés de la Tomodensitométrie avec des profils de flux d’air tunable.

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Cet article décrit l’utilisation d’un olfactomètre synchronisé avec la respiration pour déclencher une stimulation magnétique transcrânienne (TMS) à simple et double bobine lors de la présentation de l’odorant synchronisée avec la respiration nasale humaine. Cette combinaison nous permet d’étudier objectivement l’impact des odeurs agréables et désagréables sur l’excitabilité corticospinale et la connectivité cérébrale efficace chez un individu donné.

Combinaison d’un olfactomètre synchronisé avec la respiration et d’une simulation cérébrale pour étudier l’impact des odeurs sur l’excitabilité corticospinale et la connectivité efficace

Le développement de poudres sèches pharmaceutiques nécessite des tests in vivo fiables, souvent à l’aide d’un modèle murin. La technologie de l’appareil permettant d’administrer de manière précise et reproductible des aérosols en poudre sèche aux souris est limitée. Cette étude présente des doseurs jetables pour l’administration de médicaments pulmonaires à des doses pertinentes pour la souris, ce qui facilite la recherche initiale de preuve de concept.

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Ce protocole présente la rupture de Rayleigh comme un processus léger d’aérosolisation de vecteurs d’ARNm non viraux. Le dépôt régional des vecteurs d’ARNm aérosolisés est évalué par le modèle Alberta Idealized Nasal Inlet (AINI). L’expression de la protéine verte de fluorescence (GFP) dans les cellules pulmonaires humaines représente le maintien des fonctions physicochimiques et biologiques des vecteurs d’ARNm post-aérosolisés.

Délivrance intranasale de polyplexes d’ARNm via des aérosols de rupture de Rayleigh : une méthode in vitro pour le dépôt nasal et les tests fonctionnels

Découvrez la modélisation et les simulations pour la délivrance de médicaments olfactifs utilisant des aérosols nasaux avec contrôles passifs et actifs. Cette méthode optimise le ciblage thérapeutique vers le cerveau.

Modélisation et simulations de Olfactive Drug Delivery avec les contrôles passifs et actifs de inhalés par voie nasale pharmaceutiques Aérosols (Vidéo) | JoVE Journal

Modélisation et simulations de Olfactive Drug Delivery avec les contrôles passifs et actifs de inhalés par voie nasale pharmaceutiques Aérosols

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