Name: מודלים וסימולציות של החדרת תרופות חוש ריח באמצעות בקרה פסיבית ואקטיבית של אירוסולים תרופות בשאיפת nasally (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-05-20T14:00:00.000+00:00
Duration: 15 min 4 s
Description: חקור מודלים וסימולציות של החדרת תרופות לאזור החוש הריחני באמצעות בקרה פסיבית ואקטיבית של אירוסולים. שיטה זו מאפשרת למחקרים לשפר את יעילות המינון ולפתח פרוטוקולים למסירת תרופות נוירולוגיות.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

מחקר זה מומן על ידי מרכז אוניברסיטת מישיגן חדשני מענק מחקר P421071 הקדומה קריירה גרנט P622911.

תמונות MRI נמסרו על ידי מכוני Hamner למדעי בריאות ואת השימוש של תמונות אלה אושרו על ידי דירקטוריון הסקירה מוסדית אונ&#39; וירג&#39;יניה. 1. מבוססת תמונת הכנת Airway אף <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רוכש תהודה מגנטית (MR) תמונות של גבר 53 בן עישון שאינו בריא (משקל 73 קילו סנטימטר גובה 173), מורכבות 72 חתכים-עטרה במרווחים 1.5 מ&quot;מ פורש הנחיריים אל לוע האף 4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תכנית הדמיה פתוחה (למשל, מחק) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לייבא תמונות, לחץ על &quot;קובץ&quot;, &quot;ייבוא ​​תמונות&quot;. בחר את תמונות MR ולחץ על &quot;אישור&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לבנות את מודל 3-D, לחץ על &quot;פילוח&quot;, ואז &quot;סף&quot; כדי להגדיר את טווח גוני האפור בין -1020 ו -500. לחץ &quot;פילוח&quot;, &quot;3D חישוב&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ &quot;פילוח&quot; ו &quot;חישוב קווים מרובים&quot;. בחר 3גוף -D, ולוחץ על &quot;אישור&quot; על מנת ליצור את הקווים המרובים המגדירים את הגיאומטריה המוצקה. ייצוא קווים מרובים כקובץ IGES. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרחיב דגם פיתוח תוכנה (למשל, גמביט) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על &quot;קובץ&quot;, &quot;יבוא&quot;, &quot;IGES&quot; לייבא את קובץ IGES לתכנית. לחץ על &quot;לחצן הפקודה Edge&quot; בלוח השמאלי; לחץ על &quot;צור Edge&quot; ובחר &quot;NURBS&quot; לשחזר קווי מתאר חלקים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ &quot;פן לחצן פקודה&quot;, ולאחר מכן לחץ על &quot;פן טופס&quot;. בחר &quot;עשויים בתים&quot; לבנות משטח מן הקצוות. ממשיכים לבנות את כל המשטחים שמכסים את כל דרכי הנשימה. שמור את פרטי האנטומיים האף כגון ענבל, לקפל epiglottal, ובסינוסים בגרון (איור 1). לחץ על &quot;קובץ&quot;, &quot;ייצוא&quot; &quot;IGES&quot; לייצא את המודל דרכי הנשימה באף. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תוכנת Meshing הפתוח (למשל, ICEM CFD) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על &quot;קובץ&quot;,&quot; יבוא גיאומטריה &quot;,&quot; מורשה &quot;ו&quot; STEP / IES &quot;כדי לייבא את המודל דרך נשימת האף לחצו.&quot; יצירת חלקים &quot;לחלק מהשטחים דרכי הנשימה לחמישה אזורים שונים: פרוזדור אף, שסתום אף, באזור חלזוני, חוש ריח, ו לוֹעַ הָאַף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי ליצור רשת חישובית בתוך דרכי הנשימה, לחץ &quot;Mesh&quot;, &quot;הגדרת רשת גלובלית&quot;. ציין את גודל הרשת מרבי 0.1 מ&quot;מ ולחץ על &quot;החל&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להוסיף רשת מצוידת-גוף באזור ליד הקיר, לחץ על &quot;רשת מחשוב&quot;, &quot;Mesh פריזמה&quot;. ציין את מספר שכבות כמו 5 ויחס ההרחבה כפי 1.25 ולחץ על &quot;החל&quot;. </li></ol></li></ol> 2. שליטה פסיבית של חלקיקים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שיווי המשקל אינטובציה: חזית נגד. חזור <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח פיתוח תוכנת דגם לפתח את מודל האף עם אינטובציה שיווי המשקל קדמי. לחץ על &quot;ווליום&quot;, ואז &quot;העבר / העתק&quot; כדי לשנות את המיקום של nebulizer קטטר 5 מ&quot;מ לתוך פרוזדור מקצה נחיר. לחץ על &quot;הזרקה&quot; לשחרר 60,000 חלקיקים (150 ננומטר) לתוך הנחיר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את תוכנת סימולציה הנוזלת (למשל, ANSYS השוטפת) כדי לחשב את השיעורים בתצהיר חלקיקים בתוך האף. כדי לחשב את שדה זרימת האוויר בתוך דרך הנשימה, בחר את דגם זרימה למינרית על ידי לחיצה על &quot;גדר&quot;, &quot;מודלים&quot;, &quot;הזדווגות&quot;; בחר &quot;למינרית&quot; תחת &quot;מודל צמיג&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר את &quot;מודל השלב הדיסקרטי&quot; כדי לעקוב אחר תנועות חלקיקים. בדוק &quot;כוח עילוי Saffman&quot; תחת &quot;דגם שלב הדיסקרטי&quot;. לחץ על &quot;דווח&quot;, ואז לבחור &quot;מסלולי מדגם&quot;; בחר &quot;אף&quot; תחת &quot;גבולות&quot; ולחץ על &quot;לחשב&quot; כדי למצוא את מספר החלקיקים שהופקדו באזור ההרחה המוגדר מראש. חשב את שיעור בתצהיר כיחס בין כמות החלקיקים שהופקדו לסכום של חלקיקים נכנסים הנחיריים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזרו על שלבים2.1.2 עבור 1 מיקרומטר חלקיקים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פעל לפי השלבים 2.1.1, הכנס את זרבובית תרסיס 5 מ&quot;מ לתוך פרוזדור מגב הנחיר. חזור על שלבים 2.1.2, ו 2.1.3 כדי לחשב את שיעור בתצהיר עבור 150 חלקיקים ננו-מטר. חזור על שלב 2.1.4 עבור 1 מיקרומטר חלקיקים (-אינטובציה בחזרה). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אינטובציה עמוק <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע הליך 2.1.1 להכניס את הקטטר nebulizer ממש מתחת לאזור חוש הריח. שחרר 60,000 חלקיקים submicron (150 ננומטר) מן nebulizer. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בתוכנת נוזל וסימולציה כדי לחשב את השיעורים בתצהיר חלקיקים בתוך האף משני בסיס כלל ולכלכלה מקומי בעקבות הליכים דומים כמופיע 2.1.2. חזור על הליך זה עבור 1 מיקרומטר חלקיקים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על התהליך המתואר לעיל תוך הפעלה מחזיקה נשימה ונשיפה, בהתאמה. לחץ על &quot;הגדר&quot;, ולאחר מכן &quot;גבול תנאי&quot; כדי לפתוח את לוח המצב בגבול. ציין מהירות אפס בשני הנחיריים עבור החזקת נשימה. ציין בלחץ ואקום (200 אבא) את הנחיריים ולחץ אפס במוצא לנשיפה. </li></ol></li></ol> 3. בקרת פעילות: הדרכת Magnetophoretic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדיקת ערוץ דו פלייט <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תוכנת מעקב חלקיקים מגנטיים פתוחה (למשל, COMSOL). לחץ &quot;גיאומטריה&quot;, ו &quot;מלבן&quot; לבנות את הערוץ דו-צלחת. לחץ &quot;מלבן&quot; לבנות מגנטים ברחבי הערוץ דו-צלחת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשב את מסלולי החלקיקים ואת שיעור בתצהיר. לחץ על &quot;מודל 1&quot;, &quot;זרימה למינרית&quot; ו &quot;מפרצון 1&quot;; לציין את מהירות כניסת 0.5 m / s. לחץ על &quot;מודל 1&quot;, &quot;שדות מגנטיים&quot;, ו &quot;שימור שטף מגנטי&quot;, ציין את הכוח של שלושה מגנטים (1 × 10 5 A / m). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על &quot;מודל 1&quot;, &quot;מעקב אחר חלקיקים עבור זרימת נוזל&quot;, ו &quot;חלקיקים מאפיינים&quot;; לציין את קוטר החלקיקים (15 מיקרומטר), צפיפות (1.78 גרם / ס&quot;מ 3). לחץ &quot;מפרצון&quot; לשחרר 3,000 חלקיקים. לחץ &quot;Magnetophoretic חיל&quot;, ציין חדירות יחסית חלקיקים (50). לחץ על &quot;מחשוב&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי למצוא כמה חלקיקי הפקדה באזור שנבחר, לחץ על &quot;תוצאות&quot;, &quot;קבוצת מגרש 1D&quot; ו &quot;מגרש&quot;. חשב את שיעור בתצהיר כיחס בין כמות החלקיקים שהופקדו אזור מסוים לסכום של חלקיקים נכנסים הגיאומטריה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לכוון את עוצמת המגנט, לחץ על &quot;מודל 1&quot;, ולאחר מכן &quot;שדות מגנטיים&quot;; לבחור &quot;שימור שטף מגנטי&quot;, ולשנות את עוצמת המגנט תחת &quot;המגנטיזציה&quot;. להגביר את עוצמת המגנט על ידי תוספת של 1 × 10 4 A / m ולחץ על &quot;מחשוב&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על הליך זה עד לעריכת הסדר המגנטים המתאימים הושג למסירת תרופה יעילה לאזור חוש הריח. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מבחן במודל Nose 2-D אידיאליזציה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל את החוזק המגנטי שהושג 3.1 למודל אף 2-D על ידי צבת שלושה מגנטים 1 מ&quot;מ מעל האף. לחץ על &quot;מודל 1&quot;, &quot;גיאומטריה 1&quot; כדי לציין את הגודל והמיקום של המגנט. לחץ על &quot;מודל 1&quot;, &quot;מעקב אחר חלקיקים עבור זרימת נוזל&quot;, &quot;דבר&quot; לשחרר 3,000 חלקיקים לתוך הנחיר השמאלי. לחץ על &quot;חלקיקים מאפיינים&quot; כדי להגדיר את גודל החלקיקים כפי 15 מיקרומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לדמות מסלולי החלקיקים ויעילות משלוח חוש הריח לאחר מכן על ידי ביצוע הליכים דומים כמופיע 3.1.2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את פריסת המגנט וכוח כדי לשפר את יעילות משלוח חוש ריח. כדי להתאים את גודל מגנט ואת המיקום, לחץ על &quot;מודל 1&quot;, ולאחר מכן &quot;גיאומטריה 1&quot;; לבחור את המגנט של עניין, לשנות את הערכים של רוחב, עומק, גובה או x, y, z. עקוב 3.1.5 כדי לכוון את עוצמת המגנט. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מבחן במודל Nose 3-D אנטומית מדויק <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שֵׁדאורט המודל דרכי נשימת אף 3-D לתוך תוכנת מעקב חלקיקים מגנטית. בצע את ההליך 3.2.1, לשים ארבעה מגנטים 1 מ&quot;מ מעל האף ולשחרר 3,000 חלקיקים של 15 מיקרומטר בקוטר מנקודה אחת נבחרת בלבד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בתוכנת מעקב חלקיקים מגנטית כדי לעקוב אחר מסלולי חלקיקים ולחשב את יעילות משלוח חוש ריח על ידי ביצוע נהלים דומים כמופיע 3.2.1 - 3.2.3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעקבות 3.2.3, להתאים את פריסת מגנט וכוח במודל 3D לשיפור משלוח ממוקד לאזור חוש הריח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גודל מבחן חלקיקים הנעים בין 1 - 30 מיקרומטר כדי למצוא את גודל חלקיקים התקין להדרכת magnetophoretic אופטימלית לאזור חוש הריח. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Mistry, A., Stolnik, S., Illum, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoparticles+for+direct+nose-to-brain+delivery+of+drugs%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Pharm%22%5BJournal%5D)">Nanoparticles for direct nose-to-brain delivery of drugs.</a> Int. J. Pharm. 379 (1), 146-157 (2009).</li>
<li>Alam, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+and+evaluation+of+thymoquinone-encapsulated+chitosan+nanoparticles+for+nose-to-brain+targeting%3A+a+pharmacoscintigraphic+study%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Nanomedicine%22%5BJournal%5D)">Development and evaluation of thymoquinone-encapsulated chitosan nanoparticles for nose-to-brain targeting: a pharmacoscintigraphic study.</a> Int. J. Nanomedicine. 7 (11), 5705-5718 (2012).</li>
<li>Shi, H., Kleinstreuer, C., Zhang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laminar+airflow+and+nanoparticle+or+vapor+deposition+in+a+human+nasal+cavity+model%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech.+Eng%22%5BJournal%5D)">Laminar airflow and nanoparticle or vapor deposition in a human nasal cavity model.</a> J. Biomech. Eng. 128 (5), 697-706 (2006).</li>
<li>Si, X., Xi, J., Kim, J., Zhou, Y., Zhong, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+of+release+position+and+ventilation+effects+on+olfactory+aerosol+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Respir.+Physiol.+Neurobiol%22%5BJournal%5D)">Modeling of release position and ventilation effects on olfactory aerosol drug delivery.</a> Respir. Physiol. Neurobiol. 186 (1), 22-32 (2013).</li>
<li>Si, X., Xi, J., Kim, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+laryngopharyngeal+anatomy+on+expiratory+airflow+and+submicrometer+particle+deposition+in+human+extrathoracic+airways%5BTitle%5D)+AND+%22Open+J.+Fluid+D%22%5BJournal%5D)">Effect of laryngopharyngeal anatomy on expiratory airflow and submicrometer particle deposition in human extrathoracic airways.</a> Open J. Fluid D. 3 (4), 286-301 (2013).</li>
<li>Xi, J., Longest, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Numerical+predictions+of+submicrometer+aerosol+deposition+in+the+nasal+cavity+using+a+novel+drift+flux+approach%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Heat+Mass+Transfer%22%5BJournal%5D)">Numerical predictions of submicrometer aerosol deposition in the nasal cavity using a novel drift flux approach.</a> Int. J. Heat Mass Transfer. 51 (23), 5562-5577 (2008).</li>
<li>Illum, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nasal+drug+delivery%3A+new+developments+and+strategies%5BTitle%5D)+AND+%22Drug+Discov.+Today%22%5BJournal%5D)">Nasal drug delivery: new developments and strategies.</a> Drug Discov. Today. 7 (23), 1184-1189 (2002).</li>
<li>El Taoum, K. K., Xi, J., Kim, J. W., Berlinski, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+evaluation+of+aerosols+delivered+via+the+nasal+route%5BTitle%5D)+AND+%22Respir.+Care%22%5BJournal%5D)">In vitro evaluation of aerosols delivered via the nasal route.</a> Respir. Care. 60 (7), 1015-1025 (2015).</li>
<li>Misra, A., Kher, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Drug+delivery+systems+from+nose+to+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Pharm.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Drug delivery systems from nose to brain.</a> Curr. Pharm. Biotechnol. 13 (12), 2355-2379 (2012).</li>
<li>Hoekman, J. D., Ho, R. J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+Localized+Hydrophilic+Mannitol+and+Hydrophobic+Nelfinavir+Administration+Targeted+to+Olfactory+Epithelium+on+Brain+Distribution%5BTitle%5D)+AND+%22Aaps+Pharmscitech%22%5BJournal%5D)">Effects of Localized Hydrophilic Mannitol and Hydrophobic Nelfinavir Administration Targeted to Olfactory Epithelium on Brain Distribution.</a> Aaps Pharmscitech. 12 (2), 534-543 (2011).</li>
<li>Corley, R. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparative+Computational+Modeling+of+Airflows+and+Vapor+Dosimetry+in+the+Respiratory+Tracts+of+Rat%2C+Monkey%2C+and+Human%5BTitle%5D)+AND+%22Toxicol.+Sci%22%5BJournal%5D)">Comparative Computational Modeling of Airflows and Vapor Dosimetry in the Respiratory Tracts of Rat, Monkey, and Human.</a> Toxicol. Sci. 128 (2), 500-516 (2012).</li>
<li>Shi, H., Kleinstreuer, C., Zhang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+of+inertial+particle+transport+and+deposition+in+human+nasal+cavities+with+wall+roughness%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Aerosol+Sci%22%5BJournal%5D)">Modeling of inertial particle transport and deposition in human nasal cavities with wall roughness.</a> J. Aerosol Sci. 38 (4), 398-419 (2007).</li>
<li>Kleinstreuer, C., Zhang, Z., Donohue, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Targeted+drug-aerosol+delivery+in+human+respiratory+system%5BTitle%5D)+AND+%22Annu.+Rev.+Biomed.+Eng%22%5BJournal%5D)">Targeted drug-aerosol delivery in human respiratory system.</a> Annu. Rev. Biomed. Eng. 10 (4), 195-220 (2008).</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+%22Int.+J.+Heat+Mass+Transfer%22%5BJournal%5D)">A new methodology for targeting drug-aerosols in the human respiratory system.</a> Int. J. Heat Mass Transfer. 51 (23), 5578-5589 (2008).</li>
<li>Wilson, I. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+deposition+of+charged+particles+in+tubes%2C+with+reference+to+the+retention+of+therapeutic+aerosols+in+the+human+lung%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Colloid+Sci%22%5BJournal%5D)">The deposition of charged particles in tubes, with reference to the retention of therapeutic aerosols in the human lung.</a> J. Colloid Sci. 2 (2), 271-276 (1947).</li>
<li>Wong, J., Chan, H. -K., Kwok, P. C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrostatics+in+pharmaceutical+aerosols+for+inhalation%5BTitle%5D)+AND+%22Ther+Deliv%22%5BJournal%5D)">Electrostatics in pharmaceutical aerosols for inhalation.</a> Ther Deliv. 4 (8), 981-1002 (2013).</li>
<li>Bailey, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+inhalation+and+deposition+of+charged+particles+within+the+human+lung%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Electrostatics%22%5BJournal%5D)">The inhalation and deposition of charged particles within the human lung.</a> Journal of Electrostatics. 42 (1), 25-32 (1997).</li>
<li>Xi, J., Si, X. A., Gaide, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrophoretic+particle+guidance+significantly+enhances+olfactory+drug+delivery%3A+a+feasibility+study%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Electrophoretic particle guidance significantly enhances olfactory drug delivery: a feasibility study.</a> PLoS ONE. 9 (1), e86593(2014).</li>
<li>Martin, A., Finlay, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alignment+of+magnetite-loaded+high+aspect+ratio+aerosol+drug+particles+with+magnetic+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Aerosol+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Alignment of magnetite-loaded high aspect ratio aerosol drug particles with magnetic fields.</a> Aerosol Sci. Technol. 42 (4), 295-298 (2008).</li>
<li>Dames, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Targeted+delivery+of+magnetic+aerosol+droplets+to+the+lung%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Targeted delivery of magnetic aerosol droplets to the lung.</a> Nature Nanotechnology. 2 (8), 495-499 (2007).</li>
<li>Xi, J., Longest, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transport+and+deposition+of+micro-aerosols+in+realistic+and+simplified+models+of+the+oral+airway%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+Biomed.+Eng%22%5BJournal%5D)">Transport and deposition of micro-aerosols in realistic and simplified models of the oral airway.</a> Ann. Biomed. Eng. 35 (4), 560-581 (2007).</li>
<li>Longest, P. W., Xi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effectiveness+of+direct+Lagrangian+tracking+models+for+simulating+nanoparticle+deposition+in+the+upper+airways%5BTitle%5D)+AND+%22Aerosol+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Effectiveness of direct Lagrangian tracking models for simulating nanoparticle deposition in the upper airways.</a> Aerosol Sci. Technol. 41 (4), 380-397 (2007).</li>
<li>Xi, J., Zhang, Z., Si, X. A., Yang, J., Deng, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimization+of+magnetophoretic-guided+drug+delivery+to+the+olfactory+region+in+a+human+nose+model%5BTitle%5D)+AND+%22Biomech.+Model.+Mechanobiol.+In%22%5BJournal%5D)">Optimization of magnetophoretic-guided drug delivery to the olfactory region in a human nose model.</a> Biomech. Model. Mechanobiol. In. , (2015).</li>
<li>Longest, P. W., Hindle, M., Das Choudhuri, S., Xi, J. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+ambient+and+spray+aerosol+deposition+in+a+standard+induction+port+and+more+realistic+mouth-throat+geometry%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Aerosol+Sci%22%5BJournal%5D)">Comparison of ambient and spray aerosol deposition in a standard induction port and more realistic mouth-throat geometry.</a> J. Aerosol Sci. 39 (7), 572-591 (2008).</li>
<li>Xi, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+Testing+of+Electric-Guided+Delivery+of+Charged+Particles+to+the+Olfactory+Region%3A+Experimental+and+Numerical+Studies%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Drug+Deliv%22%5BJournal%5D)">Design and Testing of Electric-Guided Delivery of Charged Particles to the Olfactory Region: Experimental and Numerical Studies.</a> Curr. Drug Deliv. 13 (9), 1-15 (2015).</li>
<li>Zhou, Y., Guo, M., Xi, J., Irshad, H., Cheng, Y. -S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nasal+deposition+in+infants+and+children%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+aerosol+medicine+and+pulmonary+drug+delivery%22%5BJournal%5D)">Nasal deposition in infants and children.</a> Journal of aerosol medicine and pulmonary drug delivery. 27 (2), 110-116 (2014).</li>
<li>Xi, J., Yuan, J. E., Si, X. A., Hasbany, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Numerical+optimization+of+targeted+delivery+of+charged+nanoparticles+to+the+ostiomeatal+complex+for+treatment+of+rhinosinusitis%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Nanomedicine%22%5BJournal%5D)">Numerical optimization of targeted delivery of charged nanoparticles to the ostiomeatal complex for treatment of rhinosinusitis.</a> Int. J. Nanomedicine. 10 (7), 4847-4861 (2015).</li>
</ol>

המחברים מדווחים על היעדר ניגוד עניינים בעבודה זו.

שיטת דימוי CFD מצמידים הוצגה במחקר זה ששלב בפיתוח המודל מבוסס תמונה, meshing איכות, סימולצית זרימת אוויר, ומעקב אחר חלקיקים מגנטיים. מודולי תוכנה מרובה יושם למטרה זו, שכללה פונקציות של פילוח תמונות רפואיות, שחזור / meshing דגמים דרכי נשימה מדויקות מבחינה אנטומית, וסימולציות-חלקיקי זרימה. באמצעות שיטה נומרית זו, הופעות של שלושה פרוטוקולי משלוח אפים נבדקו והושוו. לעומת ניסויים במבחנה, שיטה זו היא יותר יעילה עלות וזמן; וכך מספר רב של בדיקות מספריות יכול להתנהל כדי לזהות את <...

סמים נמסר באזור חוש הריח יכול לעקוף את מחסום הדם-מוח ישירות נכנסים למוח, מה שמוביל ספיגת יעיל תחילת פעולה מהירה של התרופות 1,2. עם זאת, מכשירי אף קונבנציונליים כגון משאבות אף תרסיסים לספק מינונים נמוכים מאוד לאזור ההרחה (&lt;1%) בציר האף 3,4. זה בעיקר בשל המבנה המסובך של האף האנושי מורכבת של מעברים צרים, מפותלים (איור 1). אזור ההרחה מאתר מעל meatus המעולה, שבו רק חלק קטן מאוד של אוויר בשאיפה יכול להגיע 5,6. יתר על כן, מכשירי משאיפת קונבנציונליים תלויים כוחות אווירודינמיים להובלת סוכנים טיפוליים אל אזור היעד 7. אין שליטה רבה יותר על התנועות של חלקיקים לאחר שחרורם. לכן, התחבורה בתצהיר של חלקיקים אלה תלויים ברובה על המהירויות ועמדות מהדורה הראשוניות שלהם. בשלכדי במעבר האף המפותל כמו גם חוסר שליטת חלקיקים, רוב חלקיקי תרופה כלוא בתוך האף הקדמי ולא יכול להגיע לאזור 8 חוש הריח. אמנם יש אפשרויות רבות של מכשירי אף, אלה אשר עוצב במיוחד עבור משלוח הרחה ממוקד לעתים רחוקות דווח 7,9. החריג היחיד הוא Hoekman והו 10 שפיתחו מכשיר להעברת הריח-מועדף והפגינו רמות התרופה בקליפת-כדי-דם גבוה אצל חולדות בניגוד באמצעות ירידה האף. עם זאת, קנה המידה של תוצאות בתצהיר בחולדות לבני אדם אינה פשוטה, בהתחשב הבדלים אנטומיים ופיזיולוגיים המכריע בין שני מינים אלה 11. מגבלות רבות קיימות בעת שימוש בגרסות מותאמות של מכשירי אף תקן למשלוחי חוש ריח. נסיגה עיקרית אחת היא שרק חלק קטן מאוד של תרופות יכול להיות מועבר אל רירית ההרחה, שדרכו התרופות יכולות להיכנסמוֹחַ. דוגמנות נומרית חזתה כי פחות מ -0.5% של חלקיקים מנוהלים intranasally יכולים להפקיד 3,5 באזור חוש הריח. השיעור בתצהיר הוא נמוך עוד יותר (0.007%) עבור חלקיקים מיקרומטר 12. על מנת לקיים את המסירה האף-אל-המוח ריאלי קלינית, שיעור בתצהיר חוש הריח צריך להיות שיפור משמעותי. קיימות מספר גישות אפשריות לשיפור משלוח חוש הריח. גישה אחת היא הרעיון משאף החכם שהציע Kleinstreuer et al. 13 כפי חלקיקי הפקדה באזור אחד הם בעיקר באזור מסוים אחד בכל המפרצון, אפשר לספק חלקיקים לאתר היעד על ידי שחרור אותם רק מאזורים מסוימים על המפרצון . טכניקת המשלוח החכמה הוכחה ליצור משלוח ריאות הרבה יותר יעיל יותר מאשר בשיטות מקובלות. 13,14 השערה היא כי רעיון משלוח חכם זה יכול להיות מיושם גם ב משלוח סמים אפי ל iמינוני mprove אל רירית ההרחה. על ידי שחרור חלקיקים בתנוחות שונות בפתיחה לנחיר ממעמקים שונים בתוך חלל האף, שיפור יעילות משלוח הרחה ופסול תרופה הפחיתה את האף הקדמי אפשריות. שיטה אפשרית נוספת היא לשלוט בתנועת החלקיקים באופן פעיל בתוך חלל האף באמצעות מגוון של כוחות השדה, כגון כוח חשמלי או מגנטי. בקרה ומדידה של חלקיקים טעונים הוצעה עבור שיגור תרופות אל האף האנושי וריאות 15-17. Et Xi al. 18 מספרית בדק את הביצועים של הדרכה החשמלית של חלקיקים טעונים וחזה שיפור משמעותי מינוני חוש ריח. באופן דומה, הנחיה של חלקיקי סמים פרומגנטי עם שדה מגנטי מתאים גם יש הפוטנציאל למקד חלקיקים רירית ההרחה. התנהגויות של סוכנים בשאיפה, אם פרומגנטי, ניתן לשנות על ידי הטלת כוחות מגנטיים המתאים <sup&gt; 19. Dames et al. 20 הוכיח כי הוא מעשי למקד חלקיקים פרומגנטי לאזורים ספציפיים בתוך ריאות עכבר. כתוצאה מאריזת סוכנים טיפוליים עם חלקיקי תחמוצת ברזל פאראמגנטי, בתצהיר בריא אחת על עכבר בהשפעת שדה מגנטי חזק משמעותי הוגדל לעומת הריאה האחרת 20. חלקיקים היו מניחים להיות כדורי נע בין 150 ננומטר עד 30 מיקרומטר קוטר. המשוואה השלטונית היא 21: (1) <img alt="משוואה 1" src="/files/ftp_upload/53902/53902eq1.jpg" /> המשוואה לעיל מתאר את תנועתו של חלקיק נשלטת על ידי כוח הגרר, כוח הכבידה, כוח עילוי Saffman 22, כוח בראונית עבור חלקיקים, והכוח magnetophoretic אם להציב שדה מגנטי. הנה, v i היא מהירות החלקיקים, u i הוא מהירות הזרימה, p τ הואזמן תגובת החלקיקים, ג C הוא גורם תיקון קנינגהם, ו α הוא יחס צפיפות אוויר / חלקיקים. כדי ביעילות להנחות את תרופות intranasally מנוהל לאזור חוש הריח, יש צורך עבור כוחות magnetophoretic להחיל להתגבר הן האינרציה חלקיק וכוח הכבידה. במחקר זה, שילוב של 20% מגהמיט (γ-Fe 2 O 3, 4.9 גר &#39;/ ס&quot;מ 3) ו -80% חומר פעיל הונח, אשר נותן צפיפות של המשוער 1.78 גרם / ס&quot;מ 3 ו חדירות יחסית של 50. הבחירה של γ-Fe 2 O 3 נבעה ציטוטוקסיות הנמוכה שלה. ברזל (3+) יונים נמצאים נרחב בגוף אדם ריכוז יון גבוה מעט לא יגרום 23 תופעות לוואי משמעותי.

<table><tbody><tr><td>MIMICS 13</td><td>Materialise Inc, Ann Arbor, MI</td><td>MR פילוח</td><td></td>תמונה</tr><tr><td>Gambit</td><td>ANSYS Inc, Canonsburg, PA&nbsp;</td><td>פיתוח</td><td></td>מודלים</tr><tr><td>ANSYS ICEMCFD</td><td>ANSYS INC, Canonsburg, PA&nbsp;</td><td>רשת</td><td></td></tr><tr><td>ANSYS Fluent</td><td>ANSYS Inc, Canonsburg, PA&nbsp;</td>סימולציה <td></td><td>של נוזלים וחלקיקים</td></tr><tr><td>COMSOL Multiphsics</td><td>COMSOL Inc, ברלינגטון, מסצ'וסטס</td><td>מעקב אחר</td><td></td> חלקיקים מגנטיים</tr></tbody></table>

מודלים וסימולציות של החדרת תרופות חוש ריח באמצעות בקרה פסיבית ואקטיבית של אירוסולים תרופות בשאיפת nasally

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

ישנם יתרונות רבים של ישיר אף-אל-מוח משלוח סמים בטיפול בהפרעות נוירולוגיות. עם זאת, היישום שלה מוגבל על ידי יעילות המשלוח נמוכה מאוד (&lt;1%) על רירית ההרחה באופן ישיר מקשרת בין המוח. זה חיוני כדי לפתח טכניקות רומן כדי לספק תרופות נוירולוגיות בצורה יעילה יותר לאזור חוש הריח. מטרת מחקר זה היא לפתח פלטפורמה מספרית כדי לדמות ולשפר משלוח סמי חוש ריח אף. שיטת דימוי CFD מצמידים הוצגה כי synthetized בפיתוח המודל מבוסס תמונה, meshing איכות, סימולציה נוזלת, ומעקב אחר חלקיקים מגנטיים. באמצעות שיטה זו, מופעים של שלושה פרוטוקולי משלוח אפים הוערכו מספריים ומשווים. השפעות של תמרוני נשימה, פריסת מגנט, עוצמת שדה מגנטית, במצב משוחרר סמים, וגודל חלקיקים על מינון חוש הריח גם נחקרו מספרית. מתוך היםimulations, מצאנו כי מינון הרחת משמעות קלינית (עד 45%) היה ריאלי באמצעות השילוב של פריסת מגנט שחרור תרופה סלקטיבית. 64 משלוח -fold גבוה של המינון נובאה במקרה עם הדרכה magnetophoretic לעומת המקרה בלעדיו. עם זאת, הכוונה מדויקת של אירוסולים בשאיפת nasally לאזור הריח נותרת מאתגר בשל האופי היציב של magnetophoresis, כמו גם הרגישות הגבוהה של מינון חוש ריח כדי בפציינט, התקן, על, ופקטורים הקשורים חלקיקים.

Case Control: איור 3 מציג את שדה זרימת האוויר בתצהיר חלקיקים בדרכי נשימת האף עם מכשירי אף סטנדרטיים. זה מראה בבירור כי זרימת אוויר מן הנחיר מול מאוורר למעבר ואת זרימת אוויר העליונות מהנחיר בחזרה מופנה לכיוון רצפת האף (איור 3 א). חלקיקי האירוסולים הם נצפו לנוע מהר יותר במעברים החציוני ואיטי בסמוך לחומות, ויצרו חזית האירוסולים כיוון זרימת הממוצע. תרסיס חלקיקים יכולים להגיע לאזור ריח 0.02 כדי 0...

כתב יד זה סוקר את המודלים והסימולציות של פרוטוקולים שונים להעברת תרופות לאזור הריח במודלים מבוססי תמונה. מודולי תוכנה מרובים משמשים לפיתוח מודל האף המדויק מבחינה אנטומית, יצירת רשת חישובית, הדמיית זרימת אוויר באף וחיזוי שקיעת חלקיקים באזור הריח.

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

המטרה הכוללת של מתודולוגיה זו היא לפתח פרוטוקולים שונים להבאת תרופות לאזור הריח במודלים של דרכי נשימה אפיתליות המבוססים על דימות. שיטה זו יכולה לסייע במתן מענה לשאלות מפתח בהבאת תרופות למערכת העצבים, כגון: האם ניתן להביא מינון מספיק לאזור הריח, וכיצד ניתן לשלוט בתנועת החלקיקים באף.מהי הפרקטיקה המומלצת למיקוד ריחוני? היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא שניתן להשיג מינון ריחוני מוגבר משמעותית. זהו שלב קריטי להולכת תרופות מהאף למוח.ההשלכות של טכניקה זו הן לכיוון טיפול בגידולי מוח, מאחר שחלקיקים של תרופות השוקעים באזור הריח יכולים להיכנס ישירות למוח. התחלו בהשגת תמונות תהודה מגנטית (MR) של גבר בריא, שאינו מעשן, בן 53, המורכבות מ-72 חתכים קורונליים במרווחים של 1.5 מילימטרים זה מזה, המשתרעים מהנחיריים ועד לנחיר הגרון.פתחו את תוכנת הדימות וייבאו את תמונות ה-MR על ידי לחיצה על File, Import Images. בחרו את תמונות ה-MR ולחצו על OK. כדי לבנות את המודל התלת-ממדי, לחצו על Segmentation, ולאחר מכן על Threshold. הגדירו את טווח גווני האפור בין 1024- ל-419-.לחצו על Segmentation and Calculate 3D. לאחר מכן, לחצו על Segmentation and Calculate Polylines. בחרו את הגוף התלת-ממדי ולחצו על OK כדי להפיק את הפוליקומיות המגדירות את הגאומטריה המוצקה.ייצא את קווי המתאר (polylines) כקובץ IGES. כעת, פתח את התוכנה לפיתוח מודלים, לחץ על File, Import, ו-IGES כדי לייבא את קובץ ה-IGES לתוך התוכנה. לאחר מכן, לחץ על כפתור Edge Command בפאנל הימני, לחץ על Create Edge, ובחר ב-NURBS כדי לשחזר קווי מתאר חלקים.לחצו על כפתור Face Command, ולאחר מכן על Form Face. בחרו ב-Wire Frame כדי לבנות משטח מקצוות. המשיכו לבנות את כל המשטחים המכסים את כל דרכי הנשימה.שמר את הפרטים האנטומיים של האף, כגון הלשחית (uvula), קיפול האפיגלוטיס (epiglottal fold) והסינוס הלירינגאלי. לחץ על File, затем Export, IGES כדי לייצא את מודל נתיבי האוויר האפית. לאחר מכן, פתח את תוכנת היצירת הרשת (meshing software).לחצו על File, לאחר מכן על Import Geometry, ואז על Legacy ו-STEPIES כדי לייבא את מודל דרכי הנשימה באף. לחצו על Create Parts כדי לחלק את פני השטח של דרכי הנשימה לחמישה אזורים שונים: vestibule של האף, שסתומי האף, אזור הטורבינות, האזור האולפקטורי והנזופרינקס. צרו רשת חישובית בתוך דרכי הנשימה על ידי לחיצה על Mesh ולאחר מכן על Global Mesh Setup.הגדירו את גודל הרשת המקסימלי כ-0.1 millimeters ולחצו על Apply. לבסוף, הוסיפו רשת מותאמת לגוף (body fitted mesh) באזור הקיר הקרוב על ידי לחיצה על Compute Mesh, Prism Mesh. הגדירו את מספר השכבות כחמש, ואת יחס ההתרחבות כ-1.25 ולחצו על Apply.התחילו בפתיחת תוכנת פיתוח המודלים כדי לפתח את מודל האף עם אינטובציה וסטיבולרית קדמית. לחצו על Volume, ולאחר מכן על Move Copy כדי לשנות את מיקומו של קטטר המנשף לחמישה מילימטרים בתוך הווסטיבולום מקצה הנחיר. לחצו על Injection כדי לשחרר חלקיקים בגודל 150 nanometers לתוך הנחיר.לאחר מכן, פתחו את תוכנת סימולציית הנוזלים כדי לחשב את שיעורי השקיעה של החלקיקים בתוך האף. כדי לחשב את שדה זרימת האוויר בתוך דרכי הנשימה, בחרו במודל זרימה למינרית על ידי לחיצה על Define, Models, Viscous, ולאחר מכן בחרו Laminar תחת Viscous Model. כדי לעקוב אחר תנועת החלקיקים, בחרו ב-Discrete Phase Model.סמנו את Saffman Lift Force תחת Discrete Phase Model, לחצו על Report, ולאחר מכן בחרו ב-Sample Trajectories. כדי למצוא את מספר החלקיקים שהשקיעו באזור הריח שהוגדר מראש, בחרו ב-Nasal תחת Boundaries ולחצו על Compute. חשבו את קצב השקיעה כיחס בין כמות החלקיקים שהשקיעו לכמות החלקיקים שנכנסו לנחיריים.בשלב הבא, פתחו את המודל האפיתי עם אינטובציה וסטיבולרית אחורית. בצעו את אותו ההליך שבוצע בחלק הקדמי. לחצו על Volume, ולאחר מכן על Move Copy כדי לשנות את מיקומו של קטטר הנבולייזר חמישה מילימטרים לתוך הוסטיבולום מהנחיר האחורי.לחצו על Injection כדי לשחרר חלקיקים בגודל 150 nanometers אל נתוני האף. המשיכו לאינטובציה עמוקה על ידי החדרת קטטר הנבולייזר ישירות מתחת לאזור הריח. שחררו חלקיקים בגודל 150 nanometers מהנבולייזר.השתמש בתוכנה לסימולציה וזרימה כדי לחשב שיעורי השקעה של חלקיקים בתוך האף, הן בבסיס כולל והן בבסיס מקומי, על ידי ביצוע נהלים דומים לאלו שבוצעו עבור אינטובציה וסטיבולרית. לבסוף, חזור על אינטובציה עמוקה תוך תרגול עצירת נשימה ונשיפה, בהתאמה. לחץ על Define, ולאחר מכן על Boundary Conditions כדי לפתוח את פאנל תנאי השפה.הגדירו מהירות אפס בשני הנחירים עבור החזקת נשימה. הגדירו לחץ ואקום של 200 pascals בנחירים, ולחץ אפס בפתח היציאה עבור נשיפה. התחילו בפתיחת התוכנה למעקב אחר חלקיקים מגנטיים.לחצו על Geometry ולאחר מכן על Rectangle כדי לבנות את תעלת שתי הפלטות. לחצו על Rectangle כדי לבנות את המגנטים מסביב לתעלת שתי הפלטות. חשבו את מסלולי החלקיקים ואת קצב השקיעה על ידי לחיצה על Model 1, Laminar Flow ו-Inlet 1.לאחר מכן, הגדירו את מהירות הכניסה כ-0.5 meters per second. לחצו על Model 1, Magnetic Fields, ו-Magnetic Flux Conservation והגדירו את עוצמתם של שלושת המגנטים. לחצו על Model 1, Particle Tracking for Fluid Flow, ו-Particle Properties.הגדירו את קוטר החלקיקים והצפיפות, ולאחר מכן לחצו על Inlet כדי לשחרר 3,000 חלקיקים. כדי להגדיר את השמיות היחסית של החלקיקים, לחצו על Magnetophoretic Force ו-Compute. כדי למצוא כמה חלקיקים שוקעים באזור הנבחר, לחצו על Results, לאחר מכן על 1D Plot Group ועל Plot. חשבו את קצב השקיעה כיחס בין כמות החלקיקים ששקעו באזור מסוים לבין כמות החלקיקים שנכנסו לגאומטריה.בשלב הבא, כדי לכוונן את עוצמת המגנט, לחצו על Model 1, ולאחר מכן על Magnetic Fields. בחרו ב-Magnetic Flux Conservation ושנו את עוצמת המגנט תחת Magnetization. הגדילו את עוצמת המגנט בתוספת של one times ten to the fourth amps per meter ולחצו על Compute.התחילו בהחלת עוצמות השדה המגנטי שהתקבלו לאחרונה לתוך מודל אף דו-ממדי על ידי הצבת שלושה מגנטים במרחק של מילימטר אחד מעל האף. לחצו על Model 1, Geometry 1, כדי להגדיר את הגודל והמיקום של המגנט. לאחר מכן, לחצו על Model 1, Particle Tracking for Fluid Flow, ועל Inlet כדי לשחרר 3,000 חלקיקים אל נחיר שמאל.לחצו על Particle Properties כדי להגדיר את גודל החלקיקים כ-15 micrometers. סמולטרו את מסלולי החלקיקים ואת יעילות ההגעה הריחנית העוקבת על ידי לחיצה על Model 1, Laminar Flow, ו-Inlet 1. הגדירו את מהירות הכניסה כ-0.5 meters per second.לחצו על Model 1, Magnetic Fields, ו-Magnetic Flux Conservation והגדירו את עוצמתם של שלושת המגנטים. לבסוף, התאימו את פריסת המגנטים ואת עוצמתם כדי לשפר את יעילות ההגשה האולפקטורית. כדי לשנות את גודל המגנט ואת מיקומו, לחצו על Model 1, לאחר מכן על Geometry 1, בחרו את המגנט הרלוונטי ושנו את ערכי הרוחב, העומק, הגובה או את ערכי X, Y ו-Z. התאימו את עוצמת המגנט על ידי לחיצה על Model 1 ולאחר מכן על Magnetic Fields.בחרו ב-Magnetic Flux Conservation ושנו את עוצמת המגנט תחת Magnetization. הגדילו את עוצמת המגנט בתוספת של 1*10⁴ amps per meter, ולחצו על Compute. לאחר השלמת הבדיקות במודל הדו-ממדי, ייבאו את מודל דרכי הנשימה האפיות התלת-ממדי לתוכנה למעקב אחר חלקיקים מגנטיים.בדומה למה שבוצע עבור מודל האף הדו-ממדי, מקמו ארבעה מגנטים במרחק של מילימטר אחד מעל האף, ושחררו 3,000 חלקיקים בעקביות של 15 µm מנקודה אחת נבחרת. השתמשו בתוכנה למעקב אחר חלקיקים מגנטיים כדי לעקוב אחר מסלולי החלקיקים ולחשב את יעילות ההגעה לאזור הריח, תוך כדי ביצוע נהלים דומים לאלו שהוזכרו קודם לכן. בהתאם לאותו נוהל כפי שבוצע קודם, התאימו את פריסת המגנטים ואת עוצמתם במודל התלת-ממדי כדי לשפר את ההגעה למטרה באזור הריח.לבסוף, בדוק גדלי חלקיקים הנעים בין 1 ל-30 micrometers כדי למצוא את גודל החלקיקים המתאים להנחיה מגנטופורטית אופטימלית לאזור האולפקטורי. מכשירים נסאליים קונבנציונליים מעבירים לעיתים קרובות מינונים נמוכים מאוד של תרופות לאזור האולפקטורי בשל המבנה המורכב של האף. עבור אינטובציה וסטיבולרית, קיימת השפעה חזקה של שחרור חלקיקים מיד במורד הנתיב הנסאלי.כצפוי, חלקיקים של תרופה רבים יותר מגיעים לאזורBהריח באמצעות אינטובציה קדמית מאשר אחורית, הן עבור חלקיקים של 150 nanometer והן עבור חלקיקים של one micrometer. כדי להעריך את ביצועי ההנחיה המגנטופורטית, נעשה שימוש בתעלה בעלת שתי פלטות כדי למצוא את עוצמת המגנט הפעילה, לאחר מכן נעשה שימוש במודל אף דו-ממדי אידיאלי כדי למצוא פריסת מגנט בסיסית, ואז במודל אף תלת-ממדי מבוסס תמונה כדי לבחון את הביצועים. המינון הריחני האופטימלי מתקבל מארוסולים בטווח של 13 עד 17 micrometers.לאחר שליטה בשיטה, ניתן לבצע אותה היטב בתוך יומיים, אם היא מבוצעת כראוי. בעת ביצוע פרוצדורה זו, חשוב לזכור כי הליכים עשויים לדרוש זמן רב יותר עבור גיאומטריות מורכבות. בעקבות פרוצדורה זו, ניתן לבחון גם שיטות אחרות, כגון הנחיה חשמלית של חלקיקים טעונים, כדי לבחון האם ניתן להשתמש בחלקיקים טעונים למסירת תרופות יעילה דרך מערכת הריח.בעקבות פיתוח זה, סללה טכניקה זו את הדרך עבור חוקרים בתחום הולכת תרופות ממוקדת לבחון את השימוש בשדה מגנטי בריאות או באיברים אחרים. לאחר צפייה בסרטון זה, תרכשו הבנה טובה לגבי האופן שבו ניתן לשפר את הולכת התרופות ולבצע סימולציות באמצעות Fluent ו-Comsol.

modeling-simulations-olfactory-drug-delivery-with-passive-active

Research

JoVE Journal

Medicine

רפואה

סרטון זה מדגים את הייצור של אירוסולים של תרופות ואת ההעברה הממוקדת של אירוסולים אלה לעכברים באמצעות יחידת שאיפה המצוידת במחולל אירוסולים. העכבר מרוסן בריסון אף בלבד ומחובר ליחידת השאיפה, המעבירה את התרופה ישירות לחלל האף של העכבר. לאחר מכן, התרופה עוברת דרך קנה הנשימה ונכנסת לריאות.

טכניקה לייצור והעברת אירוסולים תרופתיים ישירות לריאות עכברים

מקור: Kanazawa, T., et al. שיטות חדשניות למתן תוך-אף בהרדמה באינהלציה להערכת מתן תרופות מהאף למוח. J. Vis. Exp. (2018)סרטון זה מדגים מתן תוך-אף של תרופות עם תווית רדיו בעכבר מורדם כדי להשיג העברת תרופות מהאף למוח. הוא מסביר כיצד תרופות חוצות את אפיתל האף ונעות דרך מסלולים עצביים כדי להגיע למוח, כמו גם כיצד תנועת הריסים משפיעה על שימור ופינוי תרופות. בנוסף, הסרטון מתאר שיטת קנולציה הפוכה חלופית, הכוללת החדרת צינורית דרך הוושט כדי להעביר תרופות כנגד תנועת הריסים, שיפור השמירה ושיפור יעילות ההובלה.

מתן תרופות תוך-אף בעכברים באמצעות פיפטה וקנולציה הפוכה להעברת תרופות מאף למוח

במהלך פיתוח של תרופות למסירה ריאתי, יש צורך להעריך pharmacokinetics ויעילות במודל חיה. אנו מציגים שיטה לבנות מערכת פיזור תרסיס הפנויה מן of-the-רכיבי מדף שניתן להשתמש בהם כדי לנהל תרסיס אבקה יבשה intrapulmonary כדי מכרסמים.

Dosators פנויה עבור ריאתי הֲפָחָה ממוקד של תרופות בעלי חיים קטנים

יחידת שאיפה כפי שיתואר בהמשך ניתן להפיק, מדגם לאפיון, ואחיד להפקיד תרסיס סמים בתוך הריאות של מכרסמים. זה מאפשר קביעה מראש קלינית של היעילות והבטיחות של התרופה במינונים שהופקדו הריאות; נתוני מפתח המאפשרים פיתוח תרופה בשאיפה קליני.

אבקת ניקוי ו nebulized תרסיס שאיפת תרופות ביצוע עכברים באמצעות מערכת חשיפת אף בלבד

כאן, אנו מתארים שתי שיטות רומן מינהל תוך-אפי יציב בהרדמה אינהלציה עם לחץ פיזי חיות ניסוי. גם נתאר שיטת הערכה כמותית של סמים רמות הפצה במוח באמצעות מסלול האף-אל-מוח באמצעות radiolabeled14ג]-אינולין כמו מצע מודל של מקרומולקולות מסיסים במים.

הרומן שיטות לניהול תוך-אפי בהרדמה אינהלציה כדי להעריך את האף-אל-מוח תרופות

מערכת החיקוי מבוקרת היא שיטה פשוטה, ניידת בשטח בעלות נמוכה של אספקת ריח לבדיקות ואימונים של ריח הריח. הוא בנוי של ריחן נשמר על חומר adsorbent והוא כלול בתוך שקית פולימר חדיר המאפשר שחרור מבוקר של אדי ריח לאורך זמן.

מערכות חמירה מבוקרות של ריח מחקה להכשרת ריח ובדיקות שטח

אנו מציגים תפוקה גבוהה, בשיטת במבחנה לכימות תצהיר ריאתי אזורי ברמת האונה באמצעות CT סריקה נגזר, מודלים של ריאות מודפסות 3D עם פרופילי זרימת אוויר מתכווננת.

הערכת תצהיר ריאתי אזורי באמצעות דגמי ריאות מודפסים תלת-ממדיים ספציפיים למטופל

מאמר זה מתאר שימוש באולפקטומטר מסונכרן נשימה כדי להפעיל גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי יחיד וכפול סליל (TMS) במהלך הצגת ריח המסונכרן עם נשימת האף האנושי. שילוב זה מאפשר לנו לחקור באופן אובייקטיבי כיצד ריחות נעימים ולא נעימים משפיעים על עוררות קורטיקוספינלית ועל קישוריות יעילה למוח אצל אדם נתון.

שילוב של אולפקטומטר מסונכרן נשימה עם סימולציה מוחית כדי לחקור את ההשפעה של ריחות על עוררות קורטיקושדרלית וקישוריות יעילה

פיתוח אבקה יבשה פרמצבטית דורש בדיקות אמינות in vivo , לעתים קרובות באמצעות מודל מורין. טכנולוגיית המכשיר לאספקה מדויקת וניתנת לשחזור של תרסיסי אבקה יבשה לעכברים מוגבלת. מחקר זה מציג מינונים חד פעמיים להעברת תרופות ריאתי במינונים הרלוונטיים לעכברים, ומסייע למחקר הוכחת היתכנות ראשוני.

מינונים חד פעמיים המיועדים למשלוח אבקה יבשה לעכברים

פרוטוקול זה מציג את פירוק ריילי כתהליך קל לאירוסול וקטורי mRNA שאינם ויראליים. השקיעה אזורית עבור וקטורי mRNA אירוסוליים מוערכת על ידי מודל כניסת האף האידיאלית של אלברטה (AINI). ביטוי חלבון פלואורסצנציה ירוק (GFP) בתאי ריאה אנושיים מייצג שמירה על תפקודים פיזיקוכימיים וביולוגיים של וקטורי mRNA לאחר אירוסול.

העברה תוך-אפית של פוליפלקסי mRNA באמצעות אירוסולים של פריקת ריילי: שיטה במבחנה לשקיעת אף ובדיקות פונקציונליות

חקור מודלים וסימולציות של החדרת תרופות לאזור החוש הריחני באמצעות בקרה פסיבית ואקטיבית של אירוסולים. שיטה זו מאפשרת למחקרים לשפר את יעילות המינון ולפתח פרוטוקולים למסירת תרופות נוירולוגיות.

מודלים וסימולציות של החדרת תרופות חוש ריח באמצעות בקרה פסיבית ואקטיבית של אירוסולים תרופות בשאיפת nasally

גלה סרטונים נוספים