Name: Valutazione della deposizione polmonare regionale utilizzando modelli polmonari stampati in 3D specifici del paziente (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-11-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 56 s
Description: Scopri un metodo in vitro per quantificare la deposizione polmonare regionale utilizzando modelli polmonari stampati in 3D derivati da scansioni TC. Questa tecnica supporta lo sviluppo di terapie polmonari mirate e personalizzate.

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Gli autori ringraziano il professor Yu Feng, la dott.ssa Jenna Briddell, Ian Woodward e Lucas Attia per le loro utili discussioni.

<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>
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<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>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

L'attuale dispositivo all'avanguardia per il test farmaceutico polmonare di una dose completa di inalazione è il Next Generator Impactor (NGI), che misura il diametro aerodinamico di un aerosol4. Questi dati di dimensionamento vengono quindi utilizzati per prevedere la generazione polmonare in cui l'aerosol si depositerà sulla base di una correlazione sviluppata per un maschio adultosano 11. Sfortunatamente, questo metodo è limitato nella sua capacità di valutare le differe...

Molte malattie polmonari come il cancro ai polmoni e la broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) presentano differenze regionali nelle caratteristiche della malattia; tuttavia, mancano tecniche terapeutiche disponibili per indirizzare la somministrazione di farmaci solo alle regioni masmato del polmone1. Molteplici modelli di fluidodinamica computazionale (CFD) hanno dimostrato che è possibile modulare i profili di deposizione dei farmaci identificando specifiche snellenel polmone 2,3. Nello stesso laboratorio sono in corso lo sviluppo di inalatori e adattatori per tubi endotracheali (ET) con capacità di targeting regionali per controllare la distribuzione di aerosol nelle regioni polmonari mante. L'estensione di questi principi all'uso clinico è limitata dall'attuale capacità di test preclinici. La posizione precisa in cui un farmaco si deposita all'interno del polmone è nota per essere il miglior predittore di efficacia; tuttavia, le attuali valutazioni farmaceutiche delle terapie inalabili sono più spesso previste utilizzando correlazioni in vitro-in vivo della dimensione delle particelle per approssimare semplicemente la deposizione4. Questa tecnica non consente alcuna analisi spaziale per determinare gli effetti delle diverse geometrie delle vie aeree sulla distribuzione regionale attraverso i vari lobi del polmone. Inoltre, questo test manca di geometrie polmonari anatomicamente accurate, che i ricercatori hanno dimostrato possono avere un impatto significativo sui profili di deposizione5. Sono stati compiuti alcuni sforzi per incorporare geometrie polmonari specifiche del paziente nei protocolli di prova attraverso l'aggiunta delle vie aeree superiori; tuttavia, la maggior parte di questi approcci campiona l'erogazione di aerosol a varie generazioni del polmone piuttosto che a ciascun lobopolmonare 6,7,8. Il seguente protocollo presenta un metodo ad alta produttività per generare modelli polmonari specifici del paziente con la capacità di quantificare la deposizione relativa di particelle in ciascuno dei cinque lobi delpolmone 9.
I polmoni modello anatomicamente accurati sono generati dalla stampa 3D di scansioni di tomografia computerizzata (CT) del paziente. Se utilizzate in combinazione con un sistema di flusso facilmente assemblabile, le portate relative attraverso ciascuno dei lobi del polmone modello possono essere controllate in modo indipendente e su misura per imitare quelle di diversi stati demografici e / o di malattia del paziente. Con questo metodo, i ricercatori possono testare l'efficacia di potenziali metodi terapeutici in una geometria polmonare rilevante e correlare le prestazioni di ogni metodo con la progressione della morfologia masabile. Qui, due progetti di dispositivi sviluppati nel nostro laboratorio vengono testati per la loro capacità di aumentare la deposizione in un lobo polmonare desiderato controllando la posizione del rilascio di aerosol in bocca o trachea. Questo protocollo ha anche il potenziale per influire in modo significativo sullo sviluppo di procedure personalizzate per i pazienti facilitando la rapida previsione dell'efficacia del trattamento in un polmone modello specifico per i dati di TAC di quel paziente.

<table><tbody><tr><td>Raccordo per tubo spinato in plastica da 1/4" McMaster</td><td>Carr</td><td>5372K111</td><td></td></tr><tr><td>10 um Carta da filtro</td><td>Fisher</td><td>1093-110</td><td></td></tr><tr><td>Particelle di polistirene fluorescente da 1um</td><td>Polysciences</td><td>15702-10</td><td></td></tr><tr><td>Particelle di polistirene non fluorescente da 1um</td><td>Polysciences</td><td>8226</td><td></td></tr><tr><td>2-propanolo</td><td>Fisher</td><td>A516-4</td><td>Riferito nel protocollo come "IPA"</td></tr><tr><td>3/8" Raccordo per tubo spinato in plastica</td><td>McMaster Carr</td><td>5372K117</td><td></td></tr><tr><td>Misuratore di portata d'aria (1 - 280 mL/min)</td><td>McMaster Carr</td><td>41695K32</td><td>Indicato nel protocollo come "flussometro"</td></tr><tr><td>Stampante 3D in carbonio M1 Carbon</td><td>3D</td><td></td><td>https://www.carbon3d.com/, Software associato indicato nel protocollo come "software di affettatura"</td></tr><tr><td>Collison Nebulizzatore a getto</td><td>CH Technologies</td><td>ARGCNB0008 (CN-25)</td><td>6 Collisione orizzontale in stile Jet MRE con barattolo di vetro, indicato nel protocollo come "nebulizzatore", forno a</td></tr><tr><td>convezione</td> http://chtechusa.com/Manuals/MRE_Collison_Manual.pdf <td>Yamato</td><td>DKN602</td><td></td></tr><tr><td>Controllore di flusso critico Copley TPK2000 Reve 120V</td><td>MSP Corp</td><td>0001-01-9810</td><td>Indicato nel protocollo come "regolatore di flusso"</td></tr><tr><td>Pompa ad alta capacità Copley Modello HCP5</td><td>MSP Corp</td><td>0001-01-9982</td><td>Indicato nel protocollo come "pompa a vuoto"</td></tr><tr><td>Cytation</td><td>BioTek</td><td>CYT5MPV</td><td>Spettrofotometro multifunzionale/imager fluorescente dotato di obiettivi 4x/20x/40x e cubi laser/filtri DAPI/GFP/TexasRed</td></tr><tr><td>EPU40 Resina</td><td>Carbonio 3D</td><td></td><td>https://www.carbon3d.com/materials/epu-elastomeric-polyurethane/, indicato nel protocollo come "resina morbida"</td></tr><tr><td>Filtro per pompa a vuoto</td><td>Whatman</td><td>6722-5000</td><td></td></tr><tr><td>Misuratore di portata Modello DFM 2000</td><td>MSP Corp</td><td>0001-01-8764</td><td>Indicato nel protocollo come "misuratore di portata elettronico"</td></tr><tr><td>Software ImageJ</td><td>ImageJ</td><td></td><td>https://imagej.nih.gov/ij/download.html</td></tr><tr><td>Valvola di controllo del flusso d'aria in linea (Push-to-Connect)</td><td>McMaster Carr</td><td>62005K333</td><td>Indicato nel protocollo come "valvola"</td></tr><tr><td>Dispositivi di filtraggio in linea</td><td>Whatman</td><td>WHA67225000</td><td></td></tr><tr><td>Foglio di compensato marino</td><td>McMaster Carr</td><td>62005K333</td><td>Indicato nel protocollo come "tavola di legno"</td></tr><tr><td>Materialise Mimics Software</td><td>Materialise</td><td></td><td>https://www.materialise.com/en/medical/mimics-innovation-suite, indicato nel protocollo come "software di scansione TC"</td></tr><tr><td>Software Meshmixer</td><td>Autodesk</td><td></td><td>http://www.meshmixer.com/, indicato nel protocollo come "software di modifica mesh"</td></tr><tr><td>Metanolo</td><td>Fisher</td><td>A454-4</td><td></td></tr><tr><td>Opticure LED Cube</td><td>APM</td><td>Technica</td><td>102843 indicato nel protocollo come "forno UV"</td></tr><tr><td>PR25 Resina</td><td>di carbonio 3D</td><td></td><td>https://www.carbon3d.com/materials/uma-urethanemethacrylate, /Indicato nel protocollo come "resina dura"</td></tr><tr><td>Tubo in PVC per prodotti chimici</td><td>McMaster Carr</td><td>5231K161</td><td>1/4"</td></tr><tr><td>Viti</td><td></td><td></td><td></td></tr> ID <tr><td>SolidWorks Software</td><td>Dassault Syst&egrave; mes&nbsp; SolidWorks Corporation</td><td></td><td>https://www.solidworks.com/, indicato nel protocollo come "software di modellazione 3D"</td></tr><tr><td>Collettore rettangolare a flusso dritto</td><td>McMaster Carr</td><td>1125T31</td><td></td></tr><tr><td>Tubo al controller di flusso</td><td>McMaster Carr</td><td>5233K65</td><td>3/8"</td></tr><tr><td>ID Wire</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

valutazione della deposizione polmonare regionale utilizzando modelli polmonari stampati in 3d specifici del paziente

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

Lo sviluppo di terapie mirate per le malattie polmonari è limitato dalla disponibilità di metodi di test preclinici con la capacità di prevedere l'erogazione regionale di aerosol. Sfruttando la stampa 3D per generare modelli polmonari specifici del paziente, descriviamo la progettazione di una configurazione sperimentale in vitro ad alta produttività per quantificare la deposizione polmonare lobulare. Questo sistema è realizzato con una combinazione di componenti stampati in commercio e stampati in 3D e consente di controllare in modo indipendente la portata attraverso ogni lobo del polmone. La consegna di aerosol fluorescenti a ciascun lobo viene misurata utilizzando la microscopia a fluorescenza. Questo protocollo ha il potenziale per promuovere la crescita della medicina personalizzata per le malattie respiratorie attraverso la sua capacità di modellare una vasta gamma di dati demografici dei pazienti e stati di malattia. Sia la geometria del modello polmonare stampato in 3D che l'impostazione del profilo del flusso d'aria possono essere facilmente modulate per riflettere i dati clinici per pazienti con età, razza e sesso variabili. I dispositivi di somministrazione dei farmaci clinicamente rilevanti, come il tubo endotracheale mostrato qui, possono essere incorporati nella configurazione del test per prevedere in modo più accurato la capacità di un dispositivo di indirizzare l'erogazione terapeutica in una regione masabile del polmone. La versatilità di questa configurazione sperimentale permette di personalizzarla per riflettere una moltitudine di condizioni di inalazione, esaltando il rigore dei test terapeutici preclinici.

Particelle in questo intervallo di dimensioni (1-5 μm) e condizioni di flusso (1-10 L/min) seguono le linee del flusso fluido in base sia al loro numero teorico di Stokes che ai dati in vivo; pertanto, in assenza di un dispositivo di consegna mirato, le particelle rilasciate nel modello polmonare dovrebbero depositarsi in base alla percentuale del flusso d'aria totale dirottato su ciascun lobo. Le quantità relative di consegna di particelle a ciascun lobo possono quindi essere confrontate con i dati clinici sulla portata...

Presentiamo un metodo in vitro ad alta produttività per quantificare la deposizione polmonare regionale a livello di lobo utilizzando modelli polmonari stampati in 3D derivati dalla TAC con profili di flusso d'aria tonnibili.

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

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

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.

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