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.

<ol><li>Goel, A., Baboota, S., Sahni, J. K., Ali, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exploring+targeted+pulmonary+delivery+for+treatment+of+lung+cancer%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Pharmaceutical+Investigation%22%5BJournal%5D)">Exploring targeted pulmonary delivery for treatment of lung cancer.</a> International Journal of Pharmaceutical Investigation. 3 (1), 8-14 (2013).</li>
<li>Kleinstreuer, C., Zhang, Z., Li, Z., Roberts, W. L., Rojas, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+methodology+for+targeting+drug-aerosols+in+the+human+respiratory+system%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Heat+and+Mass+Transfer%22%5BJournal%5D)">A new methodology for targeting drug-aerosols in the human respiratory system.</a> International Journal of Heat and Mass Transfer. 51 (23), 5578-5589 (2008).</li>
<li>Feng, Y., Chen, X., Yang, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+In+Silico+Investigation+of+a+Lobe-Specific+Targeted+Pulmonary+Drug+Delivery+Method%5BTitle%5D)+AND+%22Design+of+Medical+Devices+Conference%22%5BJournal%5D)">An In Silico Investigation of a Lobe-Specific Targeted Pulmonary Drug Delivery Method.</a> Design of Medical Devices Conference. , (2018).</li>
<li>Marple, V. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Next+generation+pharmaceutical+impactor+%28a+new+impactor+for+pharmaceutical+inhaler+testing%29.+Part+I%3A+Design%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Aerosol+Medicine%22%5BJournal%5D)">Next generation pharmaceutical impactor (a new impactor for pharmaceutical inhaler testing). Part I: Design.</a> Journal of Aerosol Medicine. 16 (3), 283-299 (2003).</li>
<li>Feng, Y., Zhao, J., Chen, X., Lin, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+In+Silico+Subject-Variability+Study+of+Upper+Airway+Morphological+Influence+on+the+Airflow+Regime+in+a+Tracheobronchial+Tree%5BTitle%5D)+AND+%22Bioengineering%22%5BJournal%5D)">An In Silico Subject-Variability Study of Upper Airway Morphological Influence on the Airflow Regime in a Tracheobronchial Tree.</a> Bioengineering. 4 (4), 90(2017).</li>
<li>Huynh, B. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Development+and+Validation+of+an+In+Vitro+Airway+Model+to+Assess+Realistic+Airway+Deposition+and+Drug+Permeation+Behavior+of+Orally+Inhaled+Products+Across+Synthetic+Membranes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Aerosol+Medicine+and+Pulmonary+Drug+Delivery%22%5BJournal%5D)">The Development and Validation of an In Vitro Airway Model to Assess Realistic Airway Deposition and Drug Permeation Behavior of Orally Inhaled Products Across Synthetic Membranes.</a> Journal of Aerosol Medicine and Pulmonary Drug Delivery. 31 (2), 103-108 (2018).</li>
<li>Lizal, F., Elcner, J., Hopke, P. K., Jedelsky, J., Jicha, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+realistic+human+airway+model%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Institution+of+Mechanical+Engineers%2C+Part+H%3A+Journal+of+Engineering+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Development of a realistic human airway model.</a> Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine. 226 (3), 197-207 (2011).</li>
<li>Wei, X., Hindle, M., Delvadia, R. R., Byron, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+Vitro+Tests+for+Aerosol+Deposition.+V%3A+Using+Realistic+Testing+to+Estimate+Variations+in+Aerosol+Properties+at+the+Trachea%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Aerosol+Medicine+and+Pulmonary+Drug+Delivery%22%5BJournal%5D)">In Vitro Tests for Aerosol Deposition. V: Using Realistic Testing to Estimate Variations in Aerosol Properties at the Trachea.</a> Journal of Aerosol Medicine and Pulmonary Drug Delivery. 30 (5), 339-348 (2017).</li>
<li>Kolewe, E. L., Feng, Y., Fromen, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Realizing+Lobe-Specific+Aerosol+Targeting+in+a+3D-Printed+In+Vitro+Lung+Model%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Aerosol+Medicine+and+Pulmonary+Drug+Delivery%22%5BJournal%5D)">Realizing Lobe-Specific Aerosol Targeting in a 3D-Printed In Vitro Lung Model.</a> Journal of Aerosol Medicine and Pulmonary Drug Delivery. , (2020).</li>
<li>Sul, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessing+Airflow+Sensitivity+to+Healthy+and+Diseased+Lung+Conditions+in+a+Computational+Fluid+Dynamics+Model+Validated+In+Vitro%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Assessing Airflow Sensitivity to Healthy and Diseased Lung Conditions in a Computational Fluid Dynamics Model Validated In Vitro.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 140 (5), (2018).</li>
<li>Martonen, T. B., Katz, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deposition+Patterns+of+Polydisperse+Aerosols+Within+Human+Lungs%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Aerosol+Medicine%22%5BJournal%5D)">Deposition Patterns of Polydisperse Aerosols Within Human Lungs.</a> Journal of Aerosol Medicine. 6 (4), 251-274 (1993).</li>
<li>Nahar, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro%2C+in+vivo+and+ex+vivo+models+for+studying+particle+deposition+and+drug+absorption+of+inhaled+pharmaceuticals%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Pharmaceutical+Sciences%22%5BJournal%5D)">In vitro, in vivo and ex vivo models for studying particle deposition and drug absorption of inhaled pharmaceuticals.</a> European Journal of Pharmaceutical Sciences. 49 (5), 805-818 (2013).</li>
<li>Nichols, S. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Multi-laboratory+in+Vitro+Study+to+Compare+Data+from+Abbreviated+and+Pharmacopeial+Impactor+Measurements+for+Orally+Inhaled+Products%3A+a+Report+of+the+European+Aerosol+Group+%28EPAG%29%5BTitle%5D)+AND+%22AAPS+PharmSciTech%22%5BJournal%5D)">A Multi-laboratory in Vitro Study to Compare Data from Abbreviated and Pharmacopeial Impactor Measurements for Orally Inhaled Products: a Report of the European Aerosol Group (EPAG).</a> AAPS PharmSciTech. 17 (6), 1383-1392 (2016).</li>
<li>Yoshida, H., Kuwana, A., Shibata, H., Izutsu, K. I., Goda, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+Aerodynamic+Particle+Size+Distribution+Between+a+Next+Generation+Impactor+and+a+Cascade+Impactor+at+a+Range+of+Flow+Rates%5BTitle%5D)+AND+%22AAPS+PharmSciTech%22%5BJournal%5D)">Comparison of Aerodynamic Particle Size Distribution Between a Next Generation Impactor and a Cascade Impactor at a Range of Flow Rates.</a> AAPS PharmSciTech. 18 (3), 646-653 (2017).</li>
<li>Feng, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+in+silico+inter-subject+variability+study+of+extra-thoracic+morphology+effects+on+inhaled+particle+transport+and+deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Aerosol+Science%22%5BJournal%5D)">An in silico inter-subject variability study of extra-thoracic morphology effects on inhaled particle transport and deposition.</a> Journal of Aerosol Science. 123, 185-207 (2018).</li>
<li>Kleinstreuer, C., Seelecke, S. Inhaler system for targeted maximum drug-aerosol delivery. United States patent. , (2005).</li>
<li>Pietila, T. How Medical 3D Printing is Gaining Ground in Top Hospitals. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.materialise.com/en/blog/3d-printing-hospitals">https://www.materialise.com/en/blog/3d-printing-hospitals</a> (2019).</li>
<li>Weber, P. W., Price, O. T., McClellan, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Demographic+Variability+of+Inhalation+Mechanics%3A+A+Review%5BTitle%5D)+AND+%22Defense+Threat+Reduction+Agency%22%5BJournal%5D)">Demographic Variability of Inhalation Mechanics: A Review.</a> Defense Threat Reduction Agency. , (2016).</li>
<li>Jiang, Y. Y., Xu, X., Su, H. L., Liu, D. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gender-related+difference+in+the+upper+airway+dimensions+and+hyoid+bone+position+in+Chinese+Han+children+and+adolescents+aged+6-18+years+using+cone+beam+computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Odontologica+Scandinavica%22%5BJournal%5D)">Gender-related difference in the upper airway dimensions and hyoid bone position in Chinese Han children and adolescents aged 6-18 years using cone beam computed tomography.</a> Acta Odontologica Scandinavica. 73 (5), 391-400 (2015).</li>
<li>Martin, S. E., Mathur, R., Marshall, I., Douglas, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+age%2C+sex%2C+obesity+and+posture+on+upper+airway+size%5BTitle%5D)+AND+%22European+Respiratory+Journal%22%5BJournal%5D)">The effect of age, sex, obesity and posture on upper airway size.</a> European Respiratory Journal. 10 (9), 2087(1997).</li>
<li>Xi, J., Longest, P. W., Martonen, T. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+the+laryngeal+jet+on+nano-+and+microparticle+transport+and+deposition+in+an+approximate+model+of+the+upper+tracheobronchial+airways%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physiology%22%5BJournal%5D)">Effects of the laryngeal jet on nano- and microparticle transport and deposition in an approximate model of the upper tracheobronchial airways.</a> Journal of Applied Physiology. 104 (6), 1761-1777 (2008).</li>
<li>Zhao, J., Feng, Y., Fromen, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Glottis+motion+effects+on+the+particle+transport+and+deposition+in+a+subject-specific+mouth-to-trachea+model%3A+A+CFPD+study%5BTitle%5D)+AND+%22Computers+in+Biology+and+Medicine%22%5BJournal%5D)">Glottis motion effects on the particle transport and deposition in a subject-specific mouth-to-trachea model: A CFPD study.</a> Computers in Biology and Medicine. 116, 103532(2020).</li>
<li>Kim, S. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chronic+obstructive+pulmonary+disease%3A+lobe-based+visual+assessment+of+volumetric+CT+by+Using+standard+images--comparison+with+quantitative+CT+and+pulmonary+function+test+in+the+COPDGene+study%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Chronic obstructive pulmonary disease: lobe-based visual assessment of volumetric CT by Using standard images--comparison with quantitative CT and pulmonary function test in the COPDGene study.</a> Radiology. 266 (2), 626-635 (2013).</li>
<li>The Cancer Imaging Archive. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.cancerimagingarchive.net/">https://www.cancerimagingarchive.net/</a> (2020).</li>
<li>Li, A., Ahmadi, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Computer+Simulation+of+Deposition+of+Aerosols+in+a+Turbulent+Channel+Flow+with+Rough+Walls%5BTitle%5D)+AND+%22Aerosol+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Computer Simulation of Deposition of Aerosols in a Turbulent Channel Flow with Rough Walls.</a> Aerosol Science and Technology. 18 (1), 11-24 (1993).</li>
<li>Khalili, S. F., Ghanbarzadeh, S., Nokhodchi, A., Hamishehkar, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+different+coating+materials+on+the+prevention+of+powder+bounce+in+the+next+generation+impactor%5BTitle%5D)+AND+%22Research+in+Pharmaceutical+Sciences%22%5BJournal%5D)">The effect of different coating materials on the prevention of powder bounce in the next generation impactor.</a> Research in Pharmaceutical Sciences. 13 (3), 283-287 (2018).</li>
<li>Galliger, Z., Vogt, C. D., Panoskaltsis-Mortari, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+bioprinting+for+lungs+and+hollow+organs%5BTitle%5D)+AND+%22Translational+Research%22%5BJournal%5D)">3D bioprinting for lungs and hollow organs.</a> Translational Research. 211, 19-34 (2019).</li>
<li>Schwarz, K., Biller, H., Windt, H., Koch, W., Hohlfeld, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+exhaled+particles+from+the+healthy+human+lung--a+systematic+analysis+in+relation+to+pulmonary+function+variables%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Aerosol+Medicine+and+Pulmonary+Drug+Delivery%22%5BJournal%5D)">Characterization of exhaled particles from the healthy human lung--a systematic analysis in relation to pulmonary function variables.</a> Journal of Aerosol Medicine and Pulmonary Drug Delivery. 23 (6), 371-379 (2010).</li>
<li>Patton, J. S., Byron, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inhaling+medicines%3A+delivering+drugs+to+the+body+through+the+lungs%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Drug+Discovery%22%5BJournal%5D)">Inhaling medicines: delivering drugs to the body through the lungs.</a> Nature Reviews Drug Discovery. 6 (1), 67-74 (2007).</li>
<li>Zhang, Z., Kleinstreuer, C., Kim, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cyclic+micron-size+particle+inhalation+and+deposition+in+a+triple+bifurcation+lung+airway+model%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Aerosol+Science%22%5BJournal%5D)">Cyclic micron-size particle inhalation and deposition in a triple bifurcation lung airway model.</a> Journal of Aerosol Science. 33 (2), 257-281 (2002).</li>
<li>Ju, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+of+Nebulized+Metal-Phenolic+Capsules+for+Controlled+Pulmonary+Deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Science%22%5BJournal%5D)">Engineering of Nebulized Metal-Phenolic Capsules for Controlled Pulmonary Deposition.</a> Advanced Science. 7 (6), 1902650(2020).</li>
</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 dans un four UV pendant une minute de chaque côté. Pour l’assemblage du capuchon de sortie de lobe, insérez une extrémité de la base de connexion du tube cannelé ovale dans le capuchon avant d’étirer soigneusement le capuchon flexible sur l’autre extrémité de la base ovale, en prenant soin de ne pas fissurer la base mince et avec la buse dépassant à travers l’ouverture de la base du capuchon.Ensuite, coupez du papier filtre de 10 microlitres à une taille légèrement supérieure à la zone de sortie et pliez le papier filtre sur la sortie du lobe, en tenant le papier en place d’une main. Ensuite, à l’aide d’une pince à épiler dans l’autre main, pour étirer le capuchon avec le raccord du tube cannelé sur la sortie et appuyez sur le capuchon jusqu’à ce que l’encoche corresponde à l’encoche correspondante sur la sortie du lobe. Avant chaque essai, raccorder la sortie de chaque lobe du modèle pulmonaire à la gaine du débitmètre et de la soupape correspondants en prenant soin de ne pas appliquer trop de pression latérale sur la connexion de la tubulure barbelée.Fixez le débitmètre électronique à l’entrée buccale du modèle pulmonaire pour mesurer le débit d’air total vers le modèle pulmonaire et allumez le régulateur de débit et la pompe à vide. Dans le régulateur de débit, sélectionnez le réglage de configuration de test et augmentez lentement le débit jusqu’à ce que le débitmètre électronique affiche le débit total souhaité. Utilisez les valves pour régler le débit à travers les lobes pulmonaires supérieur droit, milieu droit, inférieur droit, supérieur gauche et inférieur gauche.Une fois que les débits de charge indiqués sur les débitmètres sont stables à la valeur souhaitée, vérifiez à nouveau le débit global sur le débitmètre électronique pour vérifier qu’il n’y a pas de fuites dans le système. Ensuite, quittez la configuration de test dans le régulateur de débit en laissant la pompe à vide allumée. Pour l’administration d’aérosols dans le modèle pulmonaire, remplissez un nébuliseur avec une solution des particules fluorescentes souhaitées et connectez le nébuliseur à l’entrée du modèle pulmonaire.Pour mesurer l’efficacité du dispositif de ciblage, insérez-le dans le modèle pulmonaire et connectez le nébuliseur à l’appareil. Connectez l’air comprimé au nébuliseur. Réglez le régulateur de débit pour qu’il fonctionne pendant un essai de dix secondes et ouvrez légèrement la vanne d’air comprimé pour commencer à générer un aérosol dans le nébuliseur.Appuyez sur start sur le régulateur de débit et ouvrez immédiatement complètement la vanne d’air comprimé. Lorsque le régulateur de débit atteint environ neuf secondes, commencez à fermer la vanne d’air comprimé et fermez le châssis de la hotte autant que possible. Une fois la vanne complètement fermée, débranchez le nébuliseur de l’air comprimé.Fermez complètement le châssis de la hotte, arrêtez la pompe à vide et laissez les aérosols s’échapper de la hotte. Après environ 10 minutes, débranchez le modèle pulmonaire du système de tubulures, en prenant soin de ne pas fissurer les raccords des tubes barbelés et passez une pince à épiler sous le bord de chaque capuchon de sortie de lobe pour retirer les capuchons des sorties. Transférez ensuite le papier filtre de chaque capuchon dans des puits individuels d’une plaque de dépôt de particules à 24 puits face vers le bas.Lorsque tout le papier filtre a été collecté, placez la plaque sur la platine d’un microscope à fluorescence numérique et réglez le microscope sur un grossissement de 4X et le canal de fluorescence approprié. Prenez ensuite au moins trois images du papier filtre de chaque lobe à des endroits aléatoires et enregistrez les images sous forme de fichiers TIF. Dans des conditions de collecte d’un litre par minute dans un poumon sain, terminé par la BPCO, le profil de dépôt déterminé expérimentalement n’est pas statistiquement différent des données cliniques démontrant que la configuration imite avec précision la distribution du flux d’air vers chacun des lobes pulmonaires.Par rapport au profil de dépôt de particules non ciblé, l’utilisation d’un tube endotrachéal modifié génère une augmentation de près de quatre fois de l’administration du lobe inférieur gauche. En plus de détourner plus de 96 % des particules délivrées vers le poumon gauche. En modifiant le réglage de l’emplacement de libération pour cibler le lobe inférieur droit, ce dispositif génère plus du double de l’émission de particules vers le lobe droit et détourne 94 % des particules délivrées vers le poumon droit.Par rapport au profil de dépôt de particules non ciblé, le dispositif de cylindre concentrique provoque une augmentation de près de trois fois de l’administration du lobe supérieur gauche, en plus de détourner plus de 87 % des particules délivrées vers le poumon gauche. L’efficacité du ciblage peut également être observée qualitativement en comparant les images du filtre à lobes cibles aux autres filtres de sortie. Comme nous l’avons illustré, la méthode de ciblage la plus efficace produira un dépôt de particules élevé au niveau du lobe d’intérêt prévu et un dépôt faible aux sorties des lobes restants.Il est essentiel de s’assurer que les composants sont correctement connectés pour éviter les fuites dans le système, car les fuites auront un impact sur les résultats de dépôt. Ce protocole permet aux chercheurs de tester des dispositifs d’administration de médicaments potentiels pour cibler des régions spécifiques du poumon avant les essais cliniques, réduisant ainsi les coûts associés au développement de médicaments et à l’amélioration de l’efficacité chez les patients humains.

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