Name: Évaluation des dépôts pulmonaires régionaux à l’aide de modèles pulmonaires imprimés 3D spécifiques au patient (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-11-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 56 s
Description: Découvrez une méthode in vitro à haut débit pour quantifier les dépôts pulmonaires régionaux à l'échelle du lobe en utilisant des modèles pulmonaires imprimés en 3D dérivés de scanners CT. Cette technique permet de prédire l'efficacité des traitements personnalisés.

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Les auteurs remercient le professeur Yu Feng, le Dr Jenna Briddell, Ian Woodward et Lucas Attia pour leurs discussions utiles.

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</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Le dispositif actuel de pointe pour les essais pharmaceutiques pulmonaires d’une dose complète d’inhalation est le Next Generator Impactor (NGI), qui mesure le diamètre aérodynamique d’un aérosol4. Ces données de dimensionnement sont ensuite utilisées pour prédire la génération pulmonaire à laquelle l’aérosol se déposera en fonction d’une corrélation développée pour un mâle adulteen bonne santé 11. Malheureusement, cette méthode est limitée dans sa capacité d’évaluer les di...

De nombreuses maladies pulmonaires comme le cancer du poumon et la bronchopneumopathie chronique obstructive (MPOC) présentent des différences régionales dans les caractéristiques de la maladie; cependant, il y a un manque de techniques thérapeutiques disponibles pour cibler l’administration de drogue aux régions seulement maladies dupoumon 1. Plusieurs modèles de dynamique des fluides computationnels (CFD) ont démontré qu’il est possible de moduler les profils de dépôt de médicaments en identifiant des rationalisations spécifiques dansle poumon 2,3. Le développement d’inhalateurs et d’adaptateurs de tubes ensotrachés (ET) dotés de capacités de ciblage régional est en cours dans notre laboratoire pour contrôler la distribution des aérosols dans les régions pulmonaires touchées. L’extension de ces principes à l’utilisation clinique est limitée par la capacité actuelle d’essai préclinique. L’emplacement précis qu’un médicament dépose dans le poumon est connu pour être le meilleur prédicteur de l’efficacité; toutefois, les évaluations pharmaceutiques actuelles des traitements inhalables sont le plus souvent prédites à l’aide de corrélations in vitro-in vivo de la taille des particules à un dépôt approximatifsimple 4. Cette technique ne permet aucune analyse spatiale pour déterminer les effets des différentes géométries des voies respiratoires sur la distribution régionale à travers les différents lobes du poumon. De plus, ces tests n’ont pas de géométries pulmonaires anatomiquement précises, ce qui, selon les chercheurs, peut avoir un impact significatif sur les profils dedépôt 5. Certains efforts ont été faits pour intégrer des géométries pulmonaires spécifiques au patient dans les protocoles d’essai grâce à l’ajout des voies respiratoires supérieures; cependant, la plupart de ces approches échantillon aérosol livraison à différentes générations du poumon plutôt que chaque lobepulmonaire 6,7,8. Le protocole suivant présente une méthode à haut débit de génération de modèles pulmonaires spécifiques au patient avec la capacité de quantifier le dépôt relatif de particules dans chacun des cinq lobes du poumon9.
Les poumons modèles anatomiquement précis sont générés par des tomodensitogrammes calculés par le patient en 3D. Lorsqu’ils sont utilisés conjointement avec un système d’écoulement facilement assemblé, les débits relatifs à travers chacun des lobes du poumon modèle peuvent être contrôlés indépendamment et adaptés pour imiter ceux des différents états démographiques et/ou de la maladie des patients. Avec cette méthode, les chercheurs peuvent tester l’efficacité des méthodes thérapeutiques potentielles dans une géométrie pulmonaire pertinente et corréler la performance de chaque méthode avec la progression de la morphologie maladie. Ici, deux conceptions d’appareil développées dans notre laboratoire sont testées pour leur capacité à augmenter le dépôt dans un lobe pulmonaire désiré en contrôlant l’emplacement de la libération d’aérosols dans la bouche ou la trachée. Ce protocole a également le potentiel d’avoir un impact significatif sur le développement de procédures personnalisées pour les patients en facilitant la prédiction rapide de l’efficacité du traitement dans un poumon modèle spécifique aux données de tomodensitométrie de ce patient.

<table><tbody><tr><td>Raccord de tube cannelé en plastique 1/4"</td><td>McMaster Carr</td><td>5372K111</td><td></td></tr><tr><td>10 um Papier filtre</td><td>Fisher</td><td>1093-110</td><td></td></tr><tr><td>1um Particules de polystyrène fluorescentes</td><td>Polysciences</td><td>15702-10</td><td></td></tr><tr><td>1um Particules de polystyrène non fluorescentes</td><td>Polysciences</td><td>8226</td><td></td></tr><tr><td>2-Propanol</td><td>Fisher</td><td>A516-4</td><td>Référé à dans le protocole en tant que « IPA"</td></tr><tr><td>3/8 » Raccord de tube cannelé en plastique</td><td>McMaster Carr</td><td>5372K117</td><td></td></tr><tr><td>Débitmètre d’air (1 - 280 mL/min)</td><td>McMaster Carr</td><td>41695K32</td><td>Désigné dans le protocole par le terme « débitmètre"</td></tr><tr><td>Imprimante 3D Carbon M1</td><td>Carbon 3D</td><td></td><td>https://www.carbon3d.com/, Logiciel associé désigné dans le protocole par le terme « logiciel de découpage"</td></tr><tr><td>Collison Nébuliseur</td><td>à jet CH Technologies</td><td>ARGCNB0008 (CN-25)</td><td>6 Collision horizontale de type Jet MRE avec un bocal en verre, Désigné dans le protocole comme « nébuliseur », http://chtechusa.com/Manuals/MRE_Collison_Manual.pdf</td></tr><tr><td>Four à convection</td><td>Yamato</td><td>DKN602</td><td></td></tr><tr><td>Copley Critical Flow Controller TPK2000 Reve 120V</td><td>MSP Corp</td><td>0001-01-9810</td><td>Désigné dans le protocole comme « contrôleur de débit »</td></tr><tr><td>Pompe haute capacité Copley Modèle HCP5</td><td>MSP Corp</td><td>0001-01-9982</td><td>Désignée dans le protocole comme « pompe à vide"</td></tr><tr><td>Cytation</td><td>BioTek</td><td>CYT5MPV</td><td>Spectrophotomètre/imageur fluorescent multifonctionnel équipé d’objectifs 4x/20x/40x et de cubes laser/filtre DAPI/GFP/TexasRed</td></tr><tr><td>EPU40 Résine</td><td>Carbone 3D</td><td></td><td>https://www.carbon3d.com/materials/epu-elastomeric-polyurethane/, désigné dans le protocole comme « résine douce"</td></tr><tr><td>Filtre pour pompe à vide</td><td>Whatman</td><td>6722-5000</td><td></td></tr><tr><td>Débitmètre Modèle DFM 2000</td><td>MSP Corp</td><td>0001-01-8764</td><td>Désigné dans le protocole comme « débitmètre électronique"</td></tr><tr><td>ImageJ Software</td><td>ImageJ</td><td></td><td>https://imagej.nih.gov/ij/download.html</td></tr><tr><td>Vanne de régulation de débit d’air en ligne (Push-to-Connect)</td><td>McMaster Carr</td><td>62005K333</td><td>Désignée dans le protocole comme « vanne"</td></tr><tr><td>Dispositifs de filtration en ligne</td><td>Whatman</td><td>WHA67225000</td><td></td></tr><tr><td>Feuille de contreplaqué de qualité marine</td><td>McMaster Carr</td><td>62005K333</td><td>Désignée dans le protocole comme « planche de bois"</td></tr><tr><td>Materialise Imite Logiciel</td><td>Materialise</td><td></td><td>https://www.materialise.com/en/medical/mimics-innovation-suite, désigné dans le protocole comme « logiciel de tomodensitométrie"Logiciel</td></tr> de <tr><td>mixage de mailles</td>, <td>Autodesk</td><td></td><td>http://www.meshmixer.com/, désigné dans le protocole comme « logiciel d’édition de maillage"</td></tr><tr><td>Methanol</td><td>Fisher</td><td>A454-4</td><td></td></tr><tr><td>Opticure LED Cube</td><td>APM Technica</td><td>102843</td><td>Désigné dans le protocole comme « four UV »</td></tr><tr><td>PR25 Résine</td><td>Carbone 3D</td><td></td><td>https://www.carbon3d.com/materials/uma-urethanemethacrylate, /Désigné dans le protocole comme « résine dure"</td></tr><tr><td>Tube PVC pour produits chimiques</td><td>McMaster Carr</td><td>5231K161</td><td>1/4 »</td></tr><tr><td>Vis</td><td></td><td></td><td></td></tr> de diamètre intérieur <tr><td>Logiciel</td><td>SolidWorks Dassault Syst&egrave ; mes&nbsp ; SolidWorks Corporation</td><td></td><td>https://www.solidworks.com/, désigné dans le protocole comme « logiciel de modélisation 3D"</td></tr><tr><td>Collecteur rectangulaire à écoulement droit</td><td>McMaster Carr</td><td>1125T31</td><td></td></tr><tr><td>Tube à contrôleur de débit</td><td>McMaster Carr</td><td>5233K65</td><td>3/8 »</td></tr><tr><td>ID Fil</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

Évaluation des dépôts pulmonaires régionaux à l’aide de modèles pulmonaires imprimés 3d spécifiques au patient

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

Le développement de thérapies ciblées pour les maladies pulmonaires est limité par la disponibilité de méthodes d’essai précliniques avec la capacité de prédire l’administration régionale d’aérosols. En tirant parti de l’impression 3D pour générer des modèles pulmonaires spécifiques aux patients, nous décrivons la conception d’une configuration expérimentale in vitro à haut débit pour quantifier le dépôt pulmonaire lobulaire. Ce système est fabriqué avec une combinaison de composants imprimés disponibles dans le commerce et 3D et permet de contrôler indépendamment le débit à travers chaque lobe du poumon. La livraison d’aérosols fluorescents à chaque lobe est mesurée à l’aide d’une microscopie par fluorescence. Ce protocole a le potentiel de promouvoir la croissance de la médecine personnalisée pour les maladies respiratoires grâce à sa capacité à modéliser un large éventail de données démographiques des patients et les états de la maladie. La géométrie du modèle pulmonaire imprimé en 3D et le réglage du profil du flux d’air peuvent être facilement modulés pour refléter les données cliniques pour les patients dont l’âge, la race et le sexe varient. Les dispositifs d’administration de médicaments cliniquement pertinents, tels que le tube endotrachéal montré ici, peuvent être incorporés dans la configuration d’essai pour prédire plus exactement la capacité d’un dispositif à cibler l’accouchement thérapeutique à une région maladie du poumon. La polyvalence de cette configuration expérimentale lui permet d’être personnalisé pour refléter une multitude de conditions d’inhalation, améliorant la rigueur des tests thérapeutiques précliniques.

Les particules de cette taille (1-5 μm) et les conditions d’écoulement (1-10 L/min) suivent les lignes de flux fluides en fonction à la fois de leur nombre théorique de Stokes et des données in vivo; par conséquent, en l’absence d’un dispositif de livraison ciblé, les particules libérées dans le modèle pulmonaire devraient se déposer en fonction du pourcentage du flux total d’air détourné vers chaque lobe. Les quantités relatives d’administration de particules à chaque lobe peuvent ensuite être comparées aux données clin...

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.

Évaluation des dépôts pulmonaires régionaux à l’aide de modèles pulmonaires imprimés 3D spécifiques au patient

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

Ce protocole a le potentiel de stimuler le développement de nouvelles thérapies pulmonaires ciblées en permettant les prédictions précliniques du dépôt régional. Cette technique intègre des modèles pulmonaires anatomiquement précis, imprimés en 3D à partir des tomodensitogrammes du patient pour la génération rapide de résultats prédictifs personnalisés concernant l’efficacité des traitements potentiels. Cette technique peut être utilisée pour développer des thérapies ciblées qui minimisent les effets hors cible pour les maladies caractérisées par des obstructions régionales telles que le cancer du poumon ou la BPCO.Après avoir imprimé les composants expérimentaux et terminé le post-traitement conformément aux instructions du fabricant, lavez soigneusement les pièces imprimées dans de la résine molle avec de l’alcool isopropylique d’une pureté d’au moins 99 % pour éliminer tout excès de résine non polymérisée avant de durcir thermiquement les pièces dans un four à convection pendant huit heures selon les spécifications du fabricant. Ensuite, lavez les pièces imprimées dans de la résine dure avec de l’alcool pour éliminer tout excès de résine non polymérisée et durcissez les pièces d

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Utilisation d'extrusion de plastique moderne et les technologies d'impression, il est désormais possible de produire rapidement et à moindre coût des modèles physiques de données CT à rayons X prises dans un laboratoire. L'impression en trois dimensions des données tomographiques est un puissant de visualisation, de recherche et outil éducatif qui peut maintenant être consulté par la communauté de l'imagerie préclinique.

Impression 3D préclinique X-ray tomodensitométrie Définit données

Nous présentons un modèle tridimensionnel (3D) de cancer du poumon basé sur un échafaudage biologique de collagène pour étudier la sensibilité aux thérapies ciblant le cancer du poumon à petites cellules (NSCLC). Nous démontrons différentes techniques de lecture pour déterminer l’indice de prolifération, l’apoptose et l’état de transition épithélio-mésenchymateuse (EMT). Les données collectées sont intégrées dans un modèle in silico pour la prédiction de la sensibilité aux médicaments.

Un tissu combiné 3D Conçu<em&gt; In vitro</em&gt; /<em&gt; In Silico</em&gt; Lung Tumor modèle de prévision de l&#39;efficacité des médicaments dans le Fond mutationnelles spécifiques

Nous présentons ici un protocole pour la préparation de tranches de poumon de coupe de précision humain rempli d’agarose de tissus réséqués du patient qui sont aptes à produire des cultures de tissus pulmonaires 3D aux maladies pulmonaires humaines modèle dans études biologiques et biomédicales.

Génération de Cultures de tissus pulmonaires humains de 3D (3D-SFLC) pour la modélisation de la maladie

Cet article décrit la génération d'un modèle orthotopic de souris du mésothéliome pleural humain par l'implantation des cellules de mésothéliome de H2052/484 dans la cavité pleurale des souris athymiques immunocompromised. La surveillance longitudinale du développement des tumeurs intrapleural a été évaluée par la tomographie multimodal non-invasive[18F]-2-fluoro-2-deoxy-deoxy-D-glucose positron et la formation image de tomographie calculée.

Implantation et suivi par PET/CT d'un modèle orthotopic du mésothéliome pleural humain chez les souris athymiques

L’article décrit la différenciation dirigée par étapes des cellules souches pluripotentes induites en organoïdes pulmonaires entiers tridimensionnels contenant à la fois des cellules pulmonaires épithéliales proximales et distales ainsi que du mésenchyme.

Génération d’organoïdes pulmonaires entiers 3D à partir de cellules souches pluripotentes induites pour la modélisation de la biologie et de la maladie du développement pulmonaire

Ici, une nouvelle méthode d’établissement d’un modèle personnalisé imprimé en 3D pour l’évaluation préopératoire de la chirurgie de la thyroïde est proposée. Il est propice à la discussion préopératoire, réduisant la difficulté de la chirurgie de la thyroïde.

Un modèle personnalisé imprimé en 3D pour l’évaluation préopératoire en chirurgie de la thyroïde

L’objectif de cette étude est de développer un nouveau modèle numérique 3D des nodules pulmonaires qui sert de pont de communication entre les médecins et les patients et constitue également un outil de pointe pour le prédiagnostic et l’évaluation pronostique.

Un modèle numérique 3D pour le diagnostic et le traitement des nodules pulmonaires

Cette étude introduit une méthode de reconstruction tridimensionnelle (3D) pour l’ensemble du poumon chez les patients présentant des nodules pulmonaires multiples précoces. Il offre une visualisation complète de la distribution des nodules et de leur interaction avec le tissu pulmonaire, simplifiant ainsi l’évaluation du diagnostic et du pronostic pour ces patients.

Reconstruction tridimensionnelle de l’ensemble du poumon avec des nodules pulmonaires multiples précoces

Poumon fonctionnel tridimensionnel (3D) à résolution de phase (PREFUL) est une technique d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRM) qui permet de quantifier la ventilation régionale de l’ensemble du volume pulmonaire humain, en utilisant la respiration de marée et l’acquisition sans agent de contraste pendant 8 min. Ici, nous présentons un protocole IRM pour collecter et analyser les données d’imagerie 3D PREFUL.

Imagerie par résonance magnétique pulmonaire fonctionnelle résolue en phase tridimensionnelle

Ici, nous présentons un protocole pour utiliser la micro-tomodensitométrie (micro-TDM) pour quantifier les régions ventilées dans un modèle de fibrose pulmonaire unilatéralement induite par la bléomycine via une instillation intratrachéale du côté lésionnel.

Analyse unilatérale du volume pulmonaire à l’aide de la micro-tomodensitométrie pour une évaluation améliorée de la fibrose pulmonaire dans des modèles précliniques

Découvrez une méthode in vitro à haut débit pour quantifier les dépôts pulmonaires régionaux à l'échelle du lobe en utilisant des modèles pulmonaires imprimés en 3D dérivés de scanners CT. Cette technique permet de prédire l'efficacité des traitements personnalisés.

Évaluation des dépôts pulmonaires régionaux à l’aide de modèles pulmonaires imprimés 3D spécifiques au patient

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