患者固有の3Dプリント肺モデルを用いた局所肺堆積の評価

このプロトコルは、局所沈着の前臨床予測を可能にすることにより、新しい標的肺治療薬の開発を推進する可能性を秘めています。この技術には、解剖学的に正確な肺モデルが組み込まれており、患者のCTスキャンから3Dプリントされており、潜在的な治療の有効性に関するパーソナライズされた予測結果を迅速に生成します。この技術は、肺がんやCOPDなどの局所的な閉塞を特徴とする疾患に対するオフターゲット効果を最小限に抑える標的療法を開発するために使用できます。

実験用コンポーネントをプリントし、メーカーの指示に従って後処理を行った後、軟質レジンでプリントしたパーツを純度99%以上のイソプロピルアルコールで丁寧に洗浄し、余分な未硬化のレジンを取り除いた後、メーカーの仕様に従って対流式オーブンで8時間熱硬化させます。次に、硬質レジンでプリントしたパーツをアルコールで洗浄して余分な未硬化のレジンを取り除き、UVオーブンで片面1分間硬化させます。ローブアウトレットキャップアセンブリの場合は、楕円形のとげのあるチューブ接続ベースの一方の端をキャップに挿入してから、フレキシブルキャップを楕円形ベースのもう一方の端に慎重に伸ばし、薄いベースにひびが入らないように特別な注意を払い、ノズルがキャップベースの開口部から突き出るようにします。

次に、10マイクロリットルの濾紙を出口面積より少し大きいサイズにカットし、片手で紙を所定の位置に保持しながら、濾紙をローブ出口に折ります。次に、もう一方の手でピンセットを使用して、とげのあるチューブ接続でキャップを出口に伸ばし、ノッチがローブ出口の対応するノッチと一致するまでキャップを押し下げます。各実験を実行する前に、有刺鉄線チューブ接続部に過度の側圧を加えないように注意しながら、各肺モデル葉出口を対応する流量計とバルブのチューブに接続します。

電子流量計を肺モデルの口口入口に取り付けて、肺モデルへの総空気流量を測定し、フローコントローラーと真空ポンプをオンにします。フローコントローラーで、テストセットアップ設定を選択し、電子流量計に目的の合計流量が表示されるまで流量をゆっくりと増やします。バルブを使用して、右上、右中、右下、左上、左下の肺葉を通る流量を調整します。

流量計に表示される負荷流量が目的の値で安定したら、電子流量計で全体の流量を再度確認して、システムに漏れがないことを確認します。次に、真空ポンプをオンのままにして、フローコントローラーでテストセットアップを終了します。肺モデルへのエアロゾル送達のために、ネブライザーに所望の蛍光粒子の溶液を充填し、ネブライザーを肺モデル入口に接続する。

ターゲティングデバイスの有効性を測定するには、デバイスを肺モデルに挿入し、ネブライザーをデバイスに接続します。圧縮されたエアラインをネブライザーに接続します。フローコントローラを10秒間実行するように設定し、圧縮空気バルブを少し開いて、ネブライザー内でエアロゾルの生成を開始します。

フローコントローラーのスタートを押すと、すぐに圧縮空気バルブを完全に開きます。フローコントローラーが約9秒に達したら、圧縮空気バルブを閉じ始め、ドラフトサッシをできるだけ閉じます。バルブが完全に閉じたら、ネブライザーを圧縮空気から外します。

ドラフトサッシを完全に閉じ、真空ポンプを停止し、ドラフトからエアロゾルを取り除きます。約10分後、とげのあるチューブ接続部にひびが入らないように注意しながら、肺モデルをチューブシステムから外し、各ローブアウトレットキャップの端の下に一対のピンセットを走らせて、アウトレットからキャップを取り外します。次に、各キャップから濾紙を24ウェルプレートの粒子堆積面を下にして個々のウェルに移します。

すべての濾紙が収集されたら、プレートをデジタル蛍光顕微鏡のステージに置き、顕微鏡を4倍の倍率と適切な蛍光チャネルに設定します。次に、各ローブから濾紙の画像をランダムに3枚以上撮影し、画像をTIFファイルとして保存します。健康な肺で1分あたり1リットルの収集条件下では、COPDの影響を受けて終了し、実験的に決定された沈着プロファイルは、セットアップが各肺葉への空気の流れの分布を正確に模倣していることを示す臨床データと統計的に異ならない

非標的粒子沈着プロファイルと比較して、改良された気管内チューブを使用すると、左下葉の送達がほぼ 4 倍に増加します。さらに、送達された粒子の96%以上を左肺に迂回させます。このデバイスは、放出位置の設定を右下葉を対象とするように変更することで、右葉への粒子送達を2倍以上生成し、送達された粒子の94%を右肺に迂回させます。

非標的粒子沈着プロファイルと比較して、同心円柱デバイスは、送達された粒子の87%以上を左肺に迂回させることに加えて、左上葉の送達をほぼ3倍に増加させます。ターゲティング効率は、ターゲットローブフィルターの画像を他のアウトレットフィルターと比較することでも定性的に観察できます。図示されるように、最も効果的なターゲティング方法は、目的のローブで高い粒子沈着をもたらし、残りのローブ出口で低い沈着をもたらす。

漏れは堆積結果に影響を与えるため、システム内の漏れを防ぐために、コンポーネントが適切に接続されていることを確認することが不可欠です。このプロトコルにより、研究者は臨床試験の前に肺の特定の領域を標的とする潜在的な薬物送達デバイスをテストでき、ヒト患者の医薬品開発と有効性向上に関連するコストを削減できます。