Valutazione della deposizione polmonare regionale utilizzando modelli polmonari stampati in 3D specifici del paziente

Questo protocollo ha il potenziale per guidare lo sviluppo di nuove terapie polmonari mirate, consentendo le previsioni precliniche della deposizione regionale. Questa tecnica incorpora modelli polmonari anatomicamente accurati, stampati in 3D a partire da scansioni TC del paziente per la rapida generazione di risultati predittivi personalizzati sull'efficacia di potenziali trattamenti. Questa tecnica può essere utilizzata per sviluppare terapie mirate che riducono al minimo gli effetti fuori bersaglio per malattie caratterizzate da ostruzioni dell'area regionale come il cancro del polmone o la BPCO.

Dopo aver stampato i componenti sperimentali e aver completato la post-elaborazione secondo le istruzioni del produttore, lavare accuratamente le parti stampate in resina morbida con alcol isopropilico di purezza almeno al 99% per rimuovere l'eccesso di resina non polimerizzata prima di polimerizzare termicamente le parti in un forno a convezione per otto ore secondo le specifiche del produttore. Quindi, lavare le parti stampate in resina dura con l'alcool per rimuovere l'eccesso di resina non polimerizzata e polimerizzare le parti in un forno UV per un minuto per lato. Per il montaggio del tappo di uscita del lobo, inserire un'estremità della base di collegamento del tubo spinato ovale nel tappo prima di allungare con cautela il cappuccio flessibile sull'altra estremità della base ovale, facendo particolare attenzione a non rompere la base sottile e con l'ugello che sporge attraverso l'apertura nella base del cappuccio.

Quindi, taglia la carta da filtro da 10 microlitri a una dimensione leggermente più grande dell'area di uscita e piega la carta da filtro sull'uscita del lobo, tenendo la carta in posizione con una mano. Quindi usa una pinzetta nell'altra mano per allungare il cappuccio con la connessione del tubo spinato sopra l'uscita e premi il tappo verso il basso fino a quando la tacca non corrisponde alla tacca corrispondente sull'uscita del lobo. Prima di ogni esecuzione sperimentale, collegare l'uscita del lobo di ciascun modello di polmone al tubo del flussometro e della valvola corrispondenti, facendo attenzione a non applicare troppa pressione laterale al collegamento del tubo spinato.

Collegare il flussometro elettronico all'ingresso della bocca del modello polmonare per misurare la portata d'aria totale al modello polmonare e accendere il regolatore di flusso e la pompa del vuoto. Nel regolatore di flusso, selezionare l'impostazione della configurazione del test e aumentare lentamente la portata fino a quando il flussometro elettronico non visualizza la portata totale desiderata. Utilizzare le valvole per regolare la portata attraverso i lobi polmonari superiore destro, centrale destro, inferiore destro, superiore sinistro e inferiore sinistro.

Una volta che le portate di carico indicate sui flussometri sono costanti al valore desiderato, controllare nuovamente la portata complessiva sul flussometro elettronico per verificare che non vi siano perdite nel sistema. Quindi, uscire dalla configurazione del test nel regolatore di flusso lasciando accesa la pompa del vuoto. Per l'erogazione di aerosol al modello polmonare, riempire un nebulizzatore con una soluzione delle particelle fluorescenti desiderate e collegare il nebulizzatore all'ingresso del modello polmonare.

Per misurare l'efficacia del dispositivo di puntamento, inserire il dispositivo nel modello polmonare e collegare il nebulizzatore al dispositivo. Collegare l'aria compressa al nebulizzatore. Impostare il regolatore di flusso in modo che funzioni per una prova di dieci secondi e aprire leggermente la valvola dell'aria compressa per iniziare a generare un aerosol all'interno del nebulizzatore.

Premere start sul regolatore di flusso e aprire immediatamente completamente la valvola dell'aria compressa. Quando il regolatore di flusso raggiunge circa nove secondi, iniziare a chiudere la valvola dell'aria compressa e chiudere il più possibile l'anta della cappa aspirante. Una volta che la valvola è completamente chiusa, scollegare il nebulizzatore dall'aria compressa.

Chiudere completamente l'anta della cappa aspirante, spegnere la pompa del vuoto e lasciare che eventuali aerosol fuoriescano dalla cappa aspirante. Dopo circa 10 minuti, scollegare il modello di polmone dal sistema di tubi, facendo attenzione a non rompere i collegamenti dei tubi spinati e far passare un paio di pinzette sotto il bordo di ciascun tappo di uscita del lobo per rimuovere i cappucci dalle uscite. Quindi trasferire la carta da filtro da ciascun tappo nei singoli pozzetti di una piastra a 24 pozzetti con le deposizioni di particelle rivolte verso il basso.

Quando tutta la carta da filtro è stata raccolta, posizionare la piastra sul tavolino di un microscopio a fluorescenza digitale e impostare il microscopio su un ingrandimento di 4X e sul canale di fluorescenza appropriato. Quindi prendi almeno tre immagini della carta da filtro da ciascun lobo in posizioni casuali e salva le immagini come file TIF. In condizioni di raccolta di un litro al minuto in un polmone sano, terminato con la BPCO, il profilo di deposizione determinato sperimentalmente non è statisticamente diverso dai dati clinici che dimostrano che la configurazione imita accuratamente la distribuzione del flusso d'aria a ciascuno dei lobi polmonari.

Rispetto al profilo di deposizione di particelle non bersaglio, l'uso di un tubo endotracheale modificato genera un aumento di quasi quattro volte della consegna del lobo inferiore sinistro. Oltre a deviare oltre il 96% delle particelle erogate al polmone sinistro. Modificando l'impostazione della posizione di rilascio per colpire il lobo inferiore destro, questo dispositivo genera più del doppio dell'erogazione di particelle al lobo destro e devia il 94% delle particelle erogate al polmone destro.

Rispetto al profilo di deposizione di particelle non mirate, il dispositivo a cilindro concentrico provoca un aumento di quasi tre volte dell'erogazione del lobo superiore sinistro, oltre a deviare oltre l'87% delle particelle erogate verso il polmone sinistro. L'efficienza del targeting può anche essere osservata qualitativamente confrontando le immagini del filtro a lobi target con gli altri filtri di uscita. Come illustrato, il metodo di targeting più efficace produrrà un'elevata deposizione di particelle al lobo di interesse previsto e una bassa deposizione agli sbocchi del lobo rimanente.

È essenziale assicurarsi che i componenti siano collegati correttamente per evitare perdite all'interno del sistema, poiché le perdite influenzeranno i risultati della deposizione. Questo protocollo consente ai ricercatori di testare potenziali dispositivi di somministrazione di farmaci per il targeting di regioni specifiche del polmone prima degli studi clinici, riducendo i costi associati allo sviluppo di farmaci e al miglioramento dell'efficacia nei pazienti umani.