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

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.