Name: 환자 별 3D 인쇄 폐 모델을 사용하여 지역 폐 증착 평가 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-11-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 56 s
Description: 학습하세요 환자별 CT 스캔 기반 3D 프린팅 폐 모델을 활용한 지역적 폐 증착 정량화 방법을 통해 폐암 및 COPD 등 질환의 표적 치료제 개발을 지원하는 기술을 탐색하세요.

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저자들은 유펑 교수, 제나 브리델 박사, 이안 우드워드, 루카스 아티아 교수에게 도움이 되는 토론에 감사드립니다.

1. 3D 인쇄 실험 부품의 준비
참고: 프로토콜에 사용되는 모든 소프트웨어는 재료 표에표시됩니다. 또한 활용되는 슬라이싱 소프트웨어는 재료 표에나열된 3D 프린터에 특정합니다. 그러나 이 프로토콜은 광범위한 스테레오리소그래피(SLA) 3D 프린터로 확장할 수 있습니다.
<ol><li>환자 CT 스캔을 3D 개체(.stl 파일)로 변환합니다. 참고: 이러한 연구에서 사용되는 특정 폐 모델의 기하학적 특징에 대한 보다 자세한 설명은 Feng 외5를참조하십시오.<ol>
<li>CT 스캔 소프트웨어를 사용하여 CT 스캔을 3D 개체로 렌더링합니다(재료 표참조). CT 스캔을 열고 -800에서 -1000 범위의 설정이 있는 임계값 도구를 사용하여 영공에서 마스크를 만듭니다. 3D 미리 보기 도구를 사용하여 3D 렌더링을 보고 개체(파일| 내보내기는.stl 파일로 내보냅니다.</li>
		<li>파일을 메시 편집 소프트웨어로 가져오기(재료 표참조), 선택 도구를 사용하여 들쭉날쭉한 피쳐를 제거합니다(조각| 브러쉬: "수축/매끄러운" | 속성: 강도 (50), 크기 (10), 깊이 (0)). 표면을 부드럽게(Ctrl +a | 변형 | 부드러운 | 스무딩(0.2), 스무딩 스케일 (1)).</li>
		<li>메시 편집 소프트웨어에서 이러한 개체의 벽을2mm(Ctrl+A | 확장합니다. | 편집 오프셋)을허용하고 벽만 유지되도록 내부 개체가 비어 있는 상태로 유지되도록 합니다. 오브젝트슬라이스(| 선택 | 편집 평면 절단)기관에서 입구를 형성하고 개체가 각 로브에 분기하는 세대 2 또는 3에서 콘센트를 만들 수 있습니다(그림 1A). 참고: 재료 표에 나열된 3D 프린터 제조업체에서 지정한 허용 가능한 피쳐 크기에 따라 2mm의 두께가 선택되었습니다. 이 두께는 모델의 내부 형상이 유지되는 경우 사용 가능한 3D 프린터의 사양에 따라 조정할 수 있습니다.</li>
	</ol></li>
	<li>환자 폐 모델 출구 형상을 수정하여 재료 표에 나열된 이전에 설계된 로브 콘센트 캡 구성요소(그림 1B, C)와호환되도록 합니다.<ol>
<li>내부에 CT 스캔을 복제하는 3D 객체를 가져오면 벽 두께가 2mm이며 입구및 콘센트에서 3D 모델링 소프트웨어(재료 표참조)로 열립니다(자료 표 참조)로 솔리드 바디(Open| 메시 파일 | 옵션 | 솔리드 바디).</li>
		<li>각 콘센트의 면을 기반으로 평면만들기(삽입 | 참조 형상 | 평면). 접합 도구를 사용하여 평면의 스케치에서 콘센트의 내부 벽과 외부 벽을추적합니다(스케치 | 스프라인).</li>
		<li>모델의 내부 및 외부 벽에 연결하는 실린더(OD 18.5mm, ID 12.5mm, H 15.15mm)를 로프트하여 각 로브에서 균일하게 콘센트를 확장합니다(특징| 로프트 보스/베이스). 캡과 일치하도록 콘센트 가장자리 주위에 노치를추가합니다(특징 | 압출 컷 | 오프셋). 참고:캡(도 1D)은콘센트의 치수를 일치시키고 모델 콘센트의 노치와 상호 연결되는 선반을 갖는 중공 실린더입니다. 캡의 한쪽 끝은 ID가 부품의 나머지 부분보다 작도록 차단되어, 이것은 가시 튜브연결(도 1E)주위에단단히 끼울 수 있도록 한다. 가시 튜브 연결은 가시 콘 모양으로 바빙이 캡의 개구부를 통해 잘 어울리지만 나머지 부분은 그렇지 않으므로 튜브 연결이 캡에 단단히 맞도록 합니다. 따라서 캡은 가시 튜브 연결과 폐 모델(도1F, G)에모두 밀접하게 맞습니다.</li>
		<li>원하는 실험 조건에 따라 폐 모델의 입구를 수정합니다. 목과 글로탈 부위는 스스로 호흡할 수 있는 환자를 모방하기 위해 포함될 수있다(도 1B). 기관 위의 영역은 환기 기밀에 관관된 환자를 모방하기 위해 압출 된 컷을 사용하여 제거 할 수 있습니다(특징 | 압출 컷)(도 1C).</li>
	</ol></li>
	<li>3D 프린터 제조업체에서 제공하는 슬라이싱 소프트웨어의 실험 구성 요소를 방향과 지원합니다.<ol>
<li>3D 부품 파일을 3D 프린터 슬라이싱 소프트웨어로 가져오고 적절한 수지를 선택합니다. 단단한 수지를 사용하여 폐 모델과 가시 튜브 연결을 인쇄하고 부드러운 수지로 캡을 인쇄합니다. 참고: 캡인쇄에 사용되는 수지에는 로브 콘센트 위로 뻗어 밀폐 씰을 만들 수 있도록 탄성 특성이 있어야 합니다.</li>
		<li>"섬"과 발명되지 않은 볼륨이 최소화될 수 있도록 부품 방향을 설정합니다. 폐 모델에 가장 적합한 방향은 인쇄 플랫폼에서 멀리 향하는 로브 콘센트입니다. 가시 튜브 연결과 캡 모두 인쇄 플랫폼을 향한 더 넓은 부분을 확보하십시오. 참고: 개별 슬라이스를 볼 수 있으며 부품의 본문에 연결되지 않고 슬라이스에 처음 나타나는 부품의 "섬"의 모양을 확인할 수 있습니다. 검토 함수는 사용되지 않은 볼륨이 있는 슬라이스를 확인하는 데 사용할 수 있으며, 인쇄 하는 동안 처리되지 않은 수지가 부품 내부에 갇힐 수 있는 영역입니다. "섬"과 발명되지 않은 볼륨 모두 인쇄 품질을 저하시키고 인쇄 실패로 이어질 수 있습니다.</li>
		<li>각 슬라이스를 개별적으로 보고 부품의 나머지 "섬"과 상당한 오버행이 있는 영역에 지원을 추가합니다. 인쇄의 슬라이스를 내보내고 보고 모든 영역이 제대로 지원되는지 확인합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>제조업체 지침에 따라 실험 구성 요소를 인쇄하고 완전한 후처리를 완료합니다. 참고: 아래에 설명된 모든 후처리 단계는 재료 표에나열된 3D 프린터에 만릅니다. 대체 프린터 나 재료를 활용하는 경우 제조업체 지침을 반영하도록 다음 단계를 조정합니다.<ol>
<li>소프트 수지로 인쇄된 부품의 경우 제조업체 사양에 따라 8시간 동안 대류 오븐에서 과도한 경화되지 않은 수지 및 열 경화를 제거하기 위해 ≥99% 순도 이소프로필 알코올(IPA)으로 세척하십시오. 참고: 부드러운 수지로 인쇄된 부품은 인쇄 직후 매우 섬세할 수 있으므로 청소 단계에서는 특별한 주의를 기울여야 합니다. IPA에 노출은 부품 분해를 방지하기 위해 재료의 용매 노출 제한 이하로 유지되어야 합니다.</li>
		<li>단단한 수지로 인쇄된 부품의 경우 IPA로 세척하여 과도한 경화되지 않은 수지와 UV 오븐(5-10mW/cm2의365nm 라이트)에서 1분 동안 치료하십시오. 참고: 3D 인쇄 된 복제본의 정확도를 평가하기 위해 인쇄 된 부품의 μCT 스캔 및 CT 스캔 소프트웨어를 사용하여 원래 3D 렌더링과 3D 인쇄 복제본 사이의 변형을 정량적으로 비교하는 것이 좋습니다.</li>
	</ol></li>
</ol>2. 유량 제어를 위한 튜브 시스템 조립
<ol><li>나사 1/4" 가시 튜브 피팅은 6포트(그림2A-6)와3/8" 가시 튜브를 나머지 포트에 장착하여 매니폴드 의 측면에 끼어 있습니다.</li>
	<li>원하는 길이로 1/4"튜브를 자르고 푸시 투 커넥트 밸브(그림2A-5)의각 끝에 삽입합니다. 각 밸브를 매니폴드에 삽입된 1/4" 피팅 중 하나에 부착합니다.</li>
	<li>각 밸브의 다른 쪽 끝에 유량계(그림2A-4)를연결합니다.</li>
	<li>매니폴드의 싱글 3/8" 피팅이 보드 가장자리를 지나 확장될 수 있도록 튜브 시스템을 나무 판 위에 놓습니다. 제자리에 고정하려면 나무 판의 측면에 두 개의 나사를 추가하고 와이어를 사용하여 나사에 매니폴드를 부착하십시오.</li>
	<li>각 밸브와 유량계 주위에 배치된 4개의 나사를 추가하고 와이어를 사용하여 각각의 나사를 나무 판에 고정시합니다(그림2E).</li>
	<li>3/8인치 ID 튜브의 약 6"를 사용하여 매니폴드를 인라인 0.1 μm 모공 크기 진공 등급 필터에 연결합니다. 필터의 다른 끝을 3/8인치 ID 튜브의 6"을 사용하여 흐름 컨트롤러에 연결 참고: 튜빙 시스템은 한 번만 조립하면 됩니다.</li>
</ol>3. 환자 폐 모델로 로브 콘센트 캡의 조립
참고: 프로토콜의 이 부분은 모든 실험 실행 전에 완료되어야 합니다.
<ol><li>캡 베이스의 개구부를 통해 노즐이 튀어나와 캡에 가시 튜브 연결을 삽입합니다. 먼저 타원형 가시 튜브 연결 베이스의 한쪽 끝을 캡에 삽입합니다. 그런 다음 타원형 베이스의 다른 쪽 끝에 유연한 캡을 조심스럽게 스트레칭하여 얇은 베이스를 깨지 않도록 특별한주의를 기울입니다. 참고: 새로 인쇄된 캡은 원하는 것보다 딱딱할 수 있으며 캡 내부를 따라 두 손가락을 실행하여 뻗을 수 있습니다.</li>
	<li>10 μm 필터 용지를 잘라 콘센트 영역보다 약간 큽수 있도록 합니다. 필터 용지를 로브 콘센트 위에 접어 한 손으로 제자리에 고정합니다.</li>
	<li>반면에 핀셋을 사용하여 콘센트 위에 가시 튜브 연결을 사용하여 캡을 늘이시합니다. 캡의 노치가 로브 콘센트의 해당 노치와 일치할 때까지 캡을 아래로 누릅니다(그림2C). 참고: 이 단계에서 필터 용지를 리핑하면 결과가 무효화될 수 있으므로 캡을 콘센트에 누를 때 과도한 힘을 피하기 위해 특별한 주의를 기울여야 합니다.</li>
	<li>남은 모든 로브콘센트(그림 2D)에대해 반복합니다.</li>
</ol>4. 임상적으로 관련된 공기 흐름 프로파일의 생성
참고: 프로토콜의 이 부분은 모든 실험 실행 전에 완료되어야 합니다.
<ol><li>각 폐 모델 로브 콘센트를 해당 유량 계측기 및 밸브의 튜브에 연결하여 가시 튜브 연결에 너무 많은 측면 압력을 가하지 않도록 주의하십시오. 폐 모델에 대한 총 공기 유량을 측정하기 위해 전자 유량계를 폐 모델 입 입구에 부착합니다.</li>
	<li>유동컨트롤러(그림 2A-7)및 진공 펌프(그림2A-8)를켭니다. 유량 컨트롤러에"테스트 설정"설정을 선택하고 전자 유량 계가 원하는 총 유량을 표시할 때까지 유량을 천천히 늘립니다.</li>
	<li>밸브(도 2E-5)를사용하여 오른쪽 위어(RU), 오른쪽 중간(RM), 오른쪽 하부(RL), 왼쪽 어퍼(LU), 왼쪽 하부(LL) 등 5개의 폐로를 통해 유량을 조절한다. 유량계에 표시된 로브 유량(도2E-4)이원하는 값으로 안정되면 전자 유량 계에 다시 전체 유량으로 확인하여 시스템에 누출이 없는지 확인합니다.<ol>
<li>총 유량에 불일치가 있는 경우 유량 컨트롤러를 사용하여 유량을 낮추고 모든 밸브를 완전히 열린 구성으로 설정하고 4.2 및 4.3 단계를 반복합니다. 참고: 여기서 제시된 결과는 Sul et al.10에 의해 보고된 데이터를 기반으로 공기 흐름 단면도를 사용하여 얻어졌다. 10 이 로바 흐름 분획은 각 폐 엽의 부피의 상대적인 변경을 비교하고 완전한 영감과 만료에 환자 폐의 박슬라이스 계산 단층 촬영 심상을 사용하여 계산되었다. 결과는 1 L/min의 전체 입구 유량모두에서 두 개의 뚜렷한 유동 조건에 대해 제시됩니다. 건강한 폐엽 출구 유동 프로파일은 유입 흐름의 다음 비율로 각 출구에 분포된다: LL-23.7%, LU-23.7%, RL-18.7%, RM-14.0%, RU-20.3%. COPD 로브 출구 흐름 프로파일은 유입 흐름의 다음 비율로 각 출구 사이에 분포된다: LL-10.0%, LU-29.0%, RL-13.0%, RM-5.0%, RU-43.0%9,10.</li>
	</ol>
</li>
	<li>유동 컨트롤러의"테스트 설정"기능을 종료하지만 진공 펌프를 켜십시오. 참고: 유량을 설정하고 증착 실험을 수행하는 사이에 진공 펌프를 끄면 생성된 유량 프로파일의 부정확성이 발생할 수 있습니다. 에어로졸 증착 테스트를 완료하기 위해 원하는 유량이 설정되면 진공 펌프를 그대로 두는 것이 좋습니다.</li>
</ol>5. 폐 모델에 에어로졸전달
참고: 분무기에 의해 생성된 에어로졸에 대한 노출을 최소화하기 위해 새시가 닫힌 연기 후드에서 실험을 수행해야 합니다.
<ol><li>바람직한 형광 입자의 용액으로 분무기를 채우고(도 2A-1)폐 모델 입구에 연결(도 2B). 참고: 여기에 제시된 결과는 메탄올에 있는 1 μm 형광 폴리스티렌 입자의 1:100 희석의 30 mL를 사용하여 얻어졌다.<ol>
<li>실험 용 설치의 유효성을 검사하려면 분무기를 표적 장치없이 폐 모델 입구에 직접 연결합니다.</li>
		<li>표적 장치의 효능을 측정하려면 분무기를 장치에 연결하고 장치를 폐 모델에 삽입합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>압축 공기 라인을 분무기에 연결하고 연기 후드 띠를 가능한 한 닫습니다.</li>
	<li>흐름 컨트롤러를 10s 평가판에 대해 실행하도록 설정합니다. 시동을 시작하기 전에 압축 공기 밸브를 약간 열어 분무기 내에서 에어로졸을 생성합니다.</li>
	<li>유량 컨트롤러에서 시작한 후 압축 공기 밸브를 완전히 엽니다. 유동 컨트롤러가 약 9s에 도달하면 압축 공기 밸브를 닫기 시작합니다.</li>
	<li>압축 공기 밸브가 완전히 닫히면 압축 공기 라인에서 분무기를 분리하고 연기 후드 띠를 완전히 닫고 진공 펌프를 차단하고 연기 후드에서 에어로졸을 약 10 분 동안 꺼지게하십시오. 참고: 튜브 시스템 내에서 진공이 쌓이는 것을 방지하기 위해 실행을 완료한 후 진공 펌프를 끄는 것이 중요합니다.</li>
	<li>충분한 시간을 기다린 후, 관빙 시스템에서 폐 모델을 분리하여 가시 튜브 연결을 해독하지 않도록 특별한주의를 기울입니다.</li>
	<li>캡 의 가장자리 아래에 핀셋 한 쌍을 실행하고 부드럽게 폐 모델에서 들어 올려 로브 콘센트 캡을 제거합니다.</li>
	<li>캡에서 필터 용지를 제거하고 플레이트의 우물을 향한 바닥에 증착된 입자가 측면에 있는 24웰 플레이트에 놓습니다. 나머지 콘센트에 대해 반복하고 각 로브에 해당하는 우물에 레이블을 지정합니다. 참고: 잔류 입자 증착이 후속 실험에 영향을 미치지 않도록 하기 위해 폐 모델과 캡 성분을 IPA 또는 실행 사이에 적절한 용매로 헹구는 것이 중요합니다. 이를 수집하고 원하는 대로 분석에 포함할 수 있습니다. 또한 사용되는 모든 복제본이 부품 무결성을 유지하기 위해 IPA에 최소한의 노출되었는지 확인하기 위해 로그를 보관하고 사용 전에 시각적 부품 검사를 권장합니다.</li>
</ol>6. 콘센트 필터 종이 이미징
<ol><li>웰 플레이트를 디지털 형광 현미경에 넣고 현미경을 4배 배율 및 적절한 형광 채널로 설정합니다.</li>
	<li>어떤 로브의 필터 용지가 가장 많은 양의 파티클 증착을 가지고 있는지 시각적으로 식별하고"자동 노출"기능을 사용합니다. 결과 노출 및 통합 시간 값을 기록합니다.</li>
	<li>이 노출을 실행을 위한 모든 필터에 적용하고 설정이 필터의 모든 높은 증착 영역에 대해 만족스러운 이미지를 생성하는지 여부를 평가합니다. 참고: 포커스 설정을 필터에서 필터로 변경할 수 있습니다. 그러나 지정된 실행에 대한 모든 필터는 동일한 노출 설정에서 분석해야 합니다. 한 번에 하나의 초점 프레임을 가질 수 있으므로 필터 용지의 구부리거나 눈물로 인해 뷰에 있는 모든 증착된 입자가 초점을 맞추는 것을 방지할 수 있습니다. 필터 용지가 웰 플레이트의 바닥에 평평하도록 하여 이를 방지할 수 있습니다.</li>
	<li>임의의 위치에서 각 로브의 필터 용지의 적어도 세 개의 이미지를 가져와 .tiff 서 파일로 저장합니다.</li>
</ol>7. 입자 증착의 정량화
<ol><li>지정된 실행이 ImageJ 세션으로 실행되도록 모든 필터 용지 사진을 가져옵니다.</li>
	<li>이미지 | 선택하여 각 이미지의 유형을 8비트로 변경합니다. | 유형 8 비트.</li>
	<li>가장 높은 형광으로 그림을 열고 이미지 | 선택합니다. 조정 | 임계값 창을 여는 임계값입니다. 임계값값을 조정하여 필터 용지의 배경 신호를 최소화하고 파티클의 가장자리를 명확하게 정의합니다. 품질이 좋고 품질이 좋지 못한 임계값을 묘사할 수 있는 그림 3을 참조하십시오. 참고: 높은 수준의 증착을 가진 필터의 경우, 필터 용지 섬유에 의한 빛의 회절로 인한 형광의 "코로나"는 입자의 큰 그룹 주위에 관찰될 수 있다. 이러한 이미지의 임계값을 조정할 때 너무 큰 범위에는 그림 3의"불량" 임계값 이미지에서 관찰된 대로 이러한 그룹 주위에 작은 점 또는 "깃털 모양" 모양이 표시됩니다. 이는 필터 용지 섬유로부터의 신호가 입자 자체로부터 신호를 가리지 않고 최소화될 때까지 임계값의 하한을 점진적으로 증가시킴으로써 개선될 수 있다.</li>
	<li>가장 높은 형광 이미지에 대한 임계값 설정을 다른 모든 이미지에 전파합니다.</li>
	<li>분석 | 선택하여 입자 수와 총 형광 면적을 정량화합니다. 파티클 분석. 참고: 데이터 세트는 Sidak의 다중 비교 테스트와 양방향 ANOVA를 사용하여 비교됩니다. 또한, 관심있는 로브의 증착은 동등한 차이를 가정하는 학생 T 테스트를 사용하여 비교됩니다.</li>
</ol>

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완전한 흡입 용량의 폐 약제학적 시험을 위한 현재의 최첨단 장치는 에어로졸4의공기역학적 직경을 측정하는 차세대 발전기 임펙터(NGI)이다. 이러한 크기 조정 데이터는 건강한 성인남성(11)을위해 개발된 상관관계에 기초하여 에어로졸이 입금되는 폐 생성을 예측하는 데 사용된다. 불행하게도, 이 방법은 지역 폐 증착의 차이를 평가하고, 약제학적 전달에 대한 질병 상태의 영향을 결정하고, 다양한 연령집단, 인종 및 성별에 대한 증착 프로파일을 예측하는 능력이 제한되어 있다12,13,14. 여기에 설명된 프로토콜은 연구원이 이전에 전산 모델3,5,15에...

폐암과 만성 폐쇄성 폐질환(COPD)과 같은 많은 폐질환은 질병 특성에 있어서 지역적 차이를 나타낸다. 그러나, 폐1의병들인 부위에만 약물 전달을 표적으로 하는 치료 기술의 부족이 있다. 다중 전산 유체 동적(CFD) 모델은 폐2,3에서특정 유선형을 식별하여 약물 증착 프로파일을 조절할 수 있음을 입증하였다. 지역 타겟팅 기능을 갖춘 흡입기및 엔노트라큐어(ET) 튜브 어댑터의 개발은 병든 폐 부위에 에어로졸 분포를 제어하기 위해 실험실에서 진행되고 있습니다. 임상 사용에 이러한 원칙의 확장은 현재 전임상 테스트 용량에 의해 제한됩니다. 정확한 위치는 폐 내의 약물 침전물이 효능의 가장 좋은 예측변수로 알려져 있습니다. 그러나, 현재 의약학적 평가는 입자 크기의 생체내 상관관계를 단지 근사적 증착4로이용하여 가장 자주 예측된다. 이 기술은 폐의 다양한 엽을 통해 지역 분포에 대한 다른 기도 형상의 효과를 결정하는 공간 분석을 허용하지 않습니다. 추가적으로, 이 시험은 해부학적으로 정확한 폐 기하학이 결여되어, 연구원은 증착 단면도5에중요한 영향을 미칠 수 있는 보여주었습니다. 상부 기도의 추가를 통해 시험 프로토콜에 환자 특정 폐 기하학을 통합하기 위하여 몇몇 노력이 이루어졌습니다; 그러나, 이들 접근법의 대부분은 각 폐로가 아닌 다양한 세대의폐로 에어로졸전달을 6,7,8로시료한다. 다음 프로토콜은 폐9의5개의 엽 각각에서 상대 입자 증착을 정량화할 수 있는 능력을 가진 환자 특이적 폐 모델을 생성하는 고처리량 방법을 제시한다.
해부학적으로 정확한 모형 폐는 3D 프린팅 환자 계산단층 촬영 (CT) 검사에 의해 생성됩니다. 쉽게 조립된 유동 시스템과 함께 사용될 때, 각 모델 폐의 엽을 통한 상대유량은 독립적으로 제어되고 다른 환자 인구 통계 및/또는 질병 상태의 것을 모방하도록 맞춤화될 수 있다. 이 방법을 통해 연구원은 관련 폐 기하학에서 잠재적 인 치료 방법의 효능을 테스트하고 각 방법의 성능을 병들게 형태의 진행과 상관 관계를 맺을 수 있습니다. 여기서, 우리의 실험실에서 개발된 2개의 장치 디자인은 입 또는 기관에서 에어로졸 방출의 위치를 통제하여 원하는 폐 엽에 있는 증착을 증가하는 그들의 기능에 대한 시험됩니다. 이 프로토콜은 또한 환자의 CT 스캔 데이터에 특정한 모형 폐에 있는 처리 효험의 급속한 예측을 촉진해서 환자를 위한 개인화한 절차의 발달에 현저하게 영향을 미칠 가능성이 있습니다.

<table><tbody><tr><td>1/4" 플라스틱 가시 튜브 피팅</td><td>McMaster Carr</td><td>5372K111</td><td></td></tr><tr><td>10 um 여과지</td><td>Fisher</td><td>1093-110</td><td></td></tr><tr><td>1um 형광 폴리스티렌 입자</td><td>Polysciences</td><td>15702-10</td><td></td></tr><tr><td>1um 비형광 폴리스티렌 입자</td><td>Polysciences</td><td>8226</td><td></td></tr><tr><td>2-프로판올</td><td>Fisher</td><td>A516-4</td><td>참조 프로토콜에서 "IPA"</td></tr><tr><td>3/8"로 플라스틱 가시 튜브 피팅</td><td>McMaster Carr</td><td>5372K117</td><td></td></tr><tr><td>공기 유량계(1 - 280mL/분)</td><td>McMaster Carr</td><td>41695K32</td><td>프로토콜에서 "유량계"라고 함</td></tr> <tr><td>탄소 M1 3D 프린터</td><td>탄소 3D</td><td></td><td>https://www.carbon3d.com/, 프로토콜에서 "슬라이싱 소프트웨어"라고 하는 관련 소프트웨어</td></tr> <tr><td>Collison Jet Nebulizer</td><td>CH Technologies</td><td>ARGCNB0008 (CN-25)</td><td>6 Jet MRE 스타일 유리 항아리와의 수평 충돌, 프로토콜에서 "분무기"라고 함,</td></tr><tr><td>http://chtechusa.com/Manuals/MRE_Collison_Manual.pdf 대류 오븐</td><td>Yamato</td><td>DKN602</td><td></td></tr><tr><td>Copley Critical Flow Controller TPK2000 Reve 120V</td><td>MSP Corp</td><td>0001-01-9810</td><td>프로토콜에서 "흐름 컨트롤러"</td></tr><tr><td>라고 함Copley 고용량 펌프 모델 HCP5</td><td>MSP Corp</td><td>0001-01-9982</td><td>프로토콜에서 "진공 펌프"라고 함</td></tr> <tr><td>Cytation</td><td>BioTek</td><td>CYT5MPV</td><td>4x/20x/40x 대물렌즈 및 DAPI/GFP/TexasRed 레이저/필터 큐브가 장착된 다기능 분광 광도계/형광 이미저</td></tr><tr><td>EPU40 Resin</td><td>Carbon 3D</td><td></td><td>https://www.carbon3d.com/materials/epu-elastomeric-polyurethane/, 프로토콜에서 "연질 수지"라고 함</td></tr> <tr><td>진공 펌프용 필터</td><td>Whatman</td><td>6722-5000</td><td></td></tr><tr><td>유량계 모델 DFM 2000</td><td>MSP Corp</td><td>0001-01-8764</td><td>프로토콜에서 "전자 유량계"라고 함</td></tr><tr><td>ImageJ 소프트웨어</td><td>ImageJ</td><td></td><td>https://imagej.nih.gov/ij/download.html</td></tr><tr><td>인라인 공기 흐름 제어 밸브 (푸쉬 투 커넥트)</td> <td>McMaster Carr</td><td>62005K333</td><td>프로토콜에서 "밸브"라고 함</td></tr> <tr><td>인라인 필터 장치</td><td>Whatman</td><td>WHA67225000</td><td></td></tr><tr><td>해양 등급 합판 시트</td><td>McMaster Carr</td><td>62005K333</td><td>프로토콜에서 "나무 판"이라고 함</td></tr> <tr><td>Materialise Mimics Software</td><td>Materialise</td><td></td><td>https://www.materialise.com/en/medical/mimics-innovation-suite, 프로토콜에서 "CT 스캔 소프트웨어"라고 함</td></tr> <tr><td>Meshmixer 소프트웨어</td><td>Autodesk</td><td></td><td>http://www.meshmixer.com/, 프로토콜에서 "메쉬 편집 소프트웨어"라고 함</td></tr> <tr><td>메탄올</td><td>피셔</td><td>A454-4</td><td></td></tr><tr><td>옵티큐어 LED 큐브</td><td>APM 테크니카</td><td>102843</td><td>프로토콜에서 "UV 오븐"으로 언급</td></tr><tr><td>PR25 수지</td><td>탄소 3D</td><td></td><td>https://www.carbon3d.com/materials/uma-urethanemethacrylate, 프로토콜에서 "하드 레진"으로 언급</td></tr>됨 <tr><td>화학 물질용 PVC 튜브</td><td>McMaster Carr</td><td>5231K161</td><td>1/4" ID</td></tr><tr><td>나사</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>SolidWorks 소프트웨어</td><td>Dassault Syst&egrave; 메스&nbsp; SolidWorks Corporation</td><td></td><td>https://www.solidworks.com/, 프로토콜에서 "3D 모델링 소프트웨어"라고 함</td></tr> <tr><td>직선 흐름 직사각형 매니 폴</td>드 <td>McMaster Carr</td><td>1125T31</td><td></td></tr><tr><td>튜빙 - 플로우 컨트롤러</td><td>McMaster Carr</td><td>5233K65</td><td>3/8 "ID</td></tr><tr><td>와이어</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

환자 별 3d 인쇄 폐 모델을 사용하여 지역 폐 증착 평가

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

폐 질환에 대한 표적 치료법의 개발은 지역 에어로졸 전달을 예측할 수 있는 전임상 시험 방법의 가용성에 의해 제한됩니다. 3D 프린팅을 활용하여 환자 전용 폐 모델을 생성하여, 우리는 lobular 폐 증착을 정량화하기 위한 높은 처리량, 시험관 내 실험 설정의 설계를 간략하게 설명합니다. 이 시스템은 시판되는 3D 인쇄 성분의 조합으로 만들어졌으며 폐의 각 엽을 통한 유속이 독립적으로 제어될 수 있게 합니다. 각 엽에 형광 에어로졸의 전달은 형광 현미경 검사를 사용하여 측정된다. 이 프로토콜은 광범위한 환자 인구 통계 및 질병 상태를 모델링하는 능력을 통해 호흡기 질환에 대한 개인화 된 의학의 성장을 촉진 할 수있는 잠재력을 가지고 있습니다. 3D 프린팅 폐 모델의 기하학과 공기 흐름 프로파일 설정은 다양한 연령, 인종 및 성별을 가진 환자를 위한 임상 데이터를 반영하도록 쉽게 변조될 수 있다. 여기에 도시된 엔타락힐 튜브와 같은 임상적으로 관련된 약물 전달 장치는, 폐의 병들 영역으로 치료 전달을 표적으로 하는 장치의 용량을 보다 정확하게 예측하기 위해 시험 설정에 통합될 수 있다. 이 실험 용 설정의 다재다능함은 다양한 흡입 조건을 반영하도록 사용자 정의 할 수 있으며 전임상 치료 테스트의 엄격함을 향상시킵니다.

이 크기 범위(1-5 μm) 및 유량 조건(1-10 L/min)의 입자는 이론적 스토크스 수와 생체 내 데이터를 모두 기반으로 유체 스트림 라인을 따릅니다. 따라서 표적 전달 장치가 없는 경우 폐 모델로 방출되는 입자는 각 로브로 전환된 총 공기 흐름의 비율에 따라 예치될 것으로 예상됩니다. 각 로브에 대한 입자 전달의 상대적 양은 환자 특이적 고해상도 컴퓨터 단층 촬영(HRCT) 스캔10을분석하여 얻어진 임상 엽 유량 데이터와 비교될 수 있다. 검증된 실험 셋업은 임상 공기 흐름 프로파일과 통계적으로 유의한 차이가 없는 비표적 입자 증착 프로파일을 생성합니다. 검증 데이터는 건강한폐(도 4A)에서1 L/min과 COPD(도4B)에의해 영향을 받는 폐에서 1 L/min의 두 가지 뚜렷한 유동 조건에 대해 제시된다. 이 두 조건 하에서, 실험적으로 결정된 증착 프로파일은 임상 데이터...

CT 스캔 파생, 3D 프린팅 폐 모델을 튜닝 가능한 공기 흐름 프로파일을 사용하여 로브 수준에서 지역 폐 증착을 정량화하는 고처리량, 시험관 내 방법을 제시한다.

환자 별 3D 인쇄 폐 모델을 사용하여 지역 폐 증착 평가

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

이 프로토콜은 국소 침착의 전임상 예측을 가능하게 함으로써 새로운 표적 폐 치료제의 개발을 주도할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 이 기술은 해부학적으로 정확한 폐 모델을 통합하고 환자의 CT 스캔에서 3D 프린팅하여 잠재적 치료의 효능에 대한 개인화된 예측 결과를 신속하게 생성합니다. 이 기술은 폐암이나 COPD와 같은 국소 폐쇄를 특징으로 하는 질병에 대한 표적 효과를 최소화하는 표적 치료법을 개발하는 데 사용할 수 있습니다.제조업체의 지침에 따라 실험 구성 요소를 인쇄하고 후처리를 완료한 후 제조업체의 사양에 따라 컨벡션 오븐에서 8시간 동안 부품을 열처리하기 전에 순도 99% 이상의 이소프로필 알코올이 함유된 부드러운 레진으로 인쇄된 부품을 조심스럽게 세척하여 여분의 경화되지 않은 레진을 제거합니다. 그런 다음 경질 레진으로 인쇄된 부품을 알코올로 세척하여 여분의 경화되지 않은 레진을 제거하고 UV 오븐에서 면당 1분 동안 부품을 경화합니다. 로브 배출구 캡 어셈블리의 경우 타원형 철조망 튜브 연결 베이스의 한쪽 끝을 캡에 삽입한 후 얇은 베이스가 깨지지 않도록 각별히 주의하고 노즐이 캡 베이스의 구멍을 통해 돌출된 상태에서 타원형 베이스의 다른 쪽 끝 위로 유연한 캡을 조심스럽게 늘립니다.그런 다음 10마이크로리터 여과지를 배출구 영역보다 약간 큰 크기로 자르고 한 손으로 용지를 제자리에 고정한 후 여과지를 로브 배출구 위로 접습니다. 그런 다음 다른 손으로 핀셋을 사용하여 미늘 튜브 연결부가 있는 캡을 배출구 위로 늘리고 노치가 로브 배출구의 해당 노치와 일치할 때까지 캡을 아래로 누릅니다. 각 실험을 실행하기 전에 각 폐 모델 로브 배출구를 해당 유량계 및 밸브의 튜브에 연결하고 가시 튜브 연결부에 너무 많은 측면 압력을 가하지 않도록 주의하십시오.전자 유량계를 폐 모델 입 입구에 연결하여 폐 모델에 대한 총 공기 유량을 측정하고 유량 컨트롤러와 진공 펌프를 켭니다. 유량 컨트롤러에서 테스트 설정 설정을 선택하고 전자 유량계가 원하는 총 유량을 표시할 때까지 유량을 천천히 높입니다. 밸브를 사용하여 오른쪽 상부, 오른쪽, 중간, 오른쪽, 아래쪽, 왼쪽, 위쪽 및 왼쪽 아래쪽 폐엽을 통한 유속을 조정합니다.유량계에 표시된 부하 유량이 원하는 값으로 일정해지면 전자 유량계에서 전체 유량을 다시 확인하여 시스템에 누출이 없는지 확인하십시오. 그런 다음 진공 펌프를 켠 상태로 flow controller의 테스트 설정을 종료합니다. 폐 모델로의 에어로졸 전달을 위해 분무기에 원하는 형광 입자 용액을 채우고 분무기를 폐 모델 주입구에 연결합니다.표적 장치의 효능을 측정하려면 장치를 폐 모델에 삽입하고 분무기를 장치에 연결합니다. 압축된 에어라인을 분무기에 연결합니다. 유량 컨트롤러를 10초 동안 실행되도록 설정하고 압축 공기 밸브를 약간 열어 분무기 내에서 에어로졸 생성을 시작합니다.유량 컨트롤러에서 시작을 누르고 즉시 압축 공기 밸브를 완전히 엽니다. 유량 컨트롤러가 약 9초에 도달하면 압축 공기 밸브를 닫기 시작하고 흄 후드 새시를 최대한 닫습니다. 밸브가 완전히 닫히면 압축 에어라인에서 분무기를 분리합니다.흄 후드 새시를 완전히 닫고 진공 펌프를 끈 다음 흄 후드에서 에어로졸을 제거합니다. 약 10분 후 튜빙 시스템에서 폐 모델을 분리하고 미늘이 있는 튜빙 연결부에 금이 가지 않도록 주의하고 각 로브 배출구 캡 가장자리 아래에 핀셋을 실행하여 배출구에서 캡을 제거합니다. 그런 다음 각 캡의 여과지를 24웰 플레이트 입자 증착 면이 아래로 향하게 하여 개별 웰로 옮깁니다.여과지가 모두 수집되면 플레이트를 디지털 형광 현미경의 스테이지에 놓고 현미경을 4X 배율과 적절한 형광 채널로 설정합니다. 그런 다음 임의의 위치에서 각 로브에서 여과지의 이미지를 3개 이상 촬영하고 이미지를 TIF 파일로 저장합니다. COPD의 영향을 받아 건강한 폐에서 분당 1리터의 채취 조건에서 실험적으로 결정된 침착 프로파일은 설정이 각 폐엽으로의 공기 흐름 분포를 정확하게 모방한다는 것을 보여주는 임상 데이터와 통계적으로 다르지 않습니다.비표적 입자 증착 프로파일과 비교했을 때, 변형된 기관내관을 사용하면 좌측 하엽 전달이 거의 4배 증가합니다. 전달된 입자의 96% 이상을 왼쪽 폐로 전환하는 것 외에도. 방출 위치 설정을 오른쪽 하엽을 대상으로 하는 이 장치는 우측 엽으로 전달되는 입자의 두 배 이상을 생성하고 전달된 입자의 94%를 오른쪽 폐로 전환합니다.비표적 입자 증착 프로파일과 비교했을 때, 동심원 실린더 장치는 전달된 입자의 87% 이상을 왼쪽 폐로 우회시키는 것 외에도 왼쪽 상엽 전달을 거의 3배 증가시킵니다. 표적 효율은 또한 표적 로브 필터의 이미지를 다른 배출 필터와 비교하여 정성적으로 관찰할 수 있습니다. 예시된 바와 같이, 가장 효과적인 표적화 방법은 의도된 관심 로브에서 높은 입자 증착을 생성하고 나머지 로브 출구에서 낮은 증착을 생성합니다.누출이 증착 결과에 영향을 미칠 수 있으므로 시스템 내의 누출을 방지하기 위해 구성 요소가 제대로 연결되어 있는지 확인하는 것이 중요합니다. 이 프로토콜을 통해 연구자들은 임상 시험 전에 폐의 특정 부위를 표적으로 하는 잠재적인 약물 전달 장치를 테스트하여 인간 환자의 약물 개발 및 효능 향상과 관련된 비용을 줄일 수 있습니다.

evaluating-regional-pulmonary-deposition-using-patient-specific-3d

Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

현대 플라스틱 압출 및 인쇄 기술을 사용하면, 신속하고 저렴한 비용으로 실험실에서 촬영 X-선 중부 표준시 데이터의 물리적 모델을 생성하기 위해 지금이 가능합니다. 단층 데이터의 3 차원 인쇄 강력한 시각화, 연구, 지금은 잠복기 이미징 커뮤니티에 액세스 할 수 있습니다 교육 도구입니다.

잠복기 X-선 계산 된 단층 데이터의 3D 인쇄 설정

인간 결핵 감염은 복잡한 과정으로 체외에서 모델링하기 어렵습니다. 여기에서는 생리학적 환경에서 면역 세포의 이동 및 조기 육아종 형성을 포함하여 감염 중에 발생하는 역학을 요약한 새로운 3D 인간 폐 조직 모델에 대해 설명합니다.

에 대한 기능성 연구를위한 3D 인간의 폐 조직 모델<em&gt; 결핵균</em&gt; 감염

비소세포폐암(NSCLC) 표적 치료에 대한 민감도를 연구하기 위해 생물학적 콜라겐 골격을 기반으로 하는 3차원(3D) 폐암 모델을 제시합니다. 우리는 증식 지수, 세포사멸 및 상피-중간엽 전이(EMT) 상태를 결정하기 위해 다양한 판독 기술을 보여줍니다. 수집된 데이터는 약물 민감성 예측을 위해 인실리코(in silico) 모델에 통합됩니다.

결합 된 3 차원 조직은 엔지니어링<em&gt; 체외</em&gt; /<em&gt; 인 실리코</em특정 돌연변이 배경에서 약물의 효과를 예측&gt; 폐 종양 모델

여기, 우리는 생물 학적 및 생물 의학 연구에 모델 인간의 폐 질병에 3D 폐 조직 문화를 생성 하는 데 적합 한 절제 환자 조직에서 인간의 정밀 컷 폐 agarose 가득 조각의 준비에 대 한 프로토콜 제시.

질병 모델링에 대 한 인간의 3D 폐 조직 문화 (3D-Ltc)의 생성

이 기사에서는 H2052/484 중피종 세포를 면역 손상된 심질 마우스의 흉막 강내로 이식함으로써 인간 흉막 중피종의 정형외 마우스 모델의 생성을 설명합니다. 내림두근 종양의 발달에 대한 종방향 모니터링은 비침습적 다중모달[18F]-2-플루오로-2-디옥시-D-포도당 양면 방출 단층 촬영 및 컴퓨터 단층 촬영 영상에 의해 평가되었다.

심질 마우스에 있는 인간 흉막 중피종의 정형외 모형의 PET/CT에 의한 이식 및 모니터링

이 기사는 근접성 및 말단 상피 폐 세포를 메센키메와 함께 포함하는 3차원 전체 폐 오르가노이드로 유도된 다능성 줄기 세포의 단계 현명한 분화를 설명합니다.

폐 발달 생물학 및 질병을 모델링하기위한 유도 다능성 줄기 세포에서 3D 전체 폐 오르간노이드의 생성

여기에서는 갑상선 수술의 수술 전 평가를 위한 개인화된 3D 프린팅 모델을 구축하는 새로운 방법을 제안합니다. 수술 전 논의에 도움이 되어 갑상선 수술의 어려움을 줄여줍니다.

갑상선 수술에서 수술 전 평가를 위한 개인화된 3D 프린팅 모델

이 연구의 목적은 의사와 환자 간의 의사 소통 다리 역할을 하고 사전 진단 및 예후 평가를 위한 최첨단 도구이기도 한 폐 결절의 새로운 3D 디지털 모델을 개발하는 것입니다.

폐 결절의 진단 및 치료를 위한 3D 디지털 모델

이 연구는 초기 다발성 폐결절 환자의 폐 전체에 대한 3차원(3D) 재구성 방법을 소개합니다. 결절 분포 및 폐 조직과의 상호 작용에 대한 포괄적인 시각화를 제공하여 이러한 환자의 진단 및 예후 평가를 단순화합니다.

초기 다발성 폐결절이 있는 전체 폐에 대한 3차원 재건

3차원(3D) 위상분해 기능성 폐(PREFUL)는 8분 동안 조력 호흡 및 조영제 무함유 획득을 사용하여 전체 인간 폐 용적의 국소 환기를 정량화할 수 있는 기능적 자기 공명 영상(MRI) 기술입니다. 여기에서는 3D PREFUL 이미징 데이터를 수집하고 분석하기 위한 MR 프로토콜을 제시합니다.

3차원 위상 분해 기능적 폐 자기 공명 영상

여기에서는 병변 측의 기관내 점안을 통해 편측성 블레오마이신 유도 폐섬유증 모델에서 환기 부위를 정량화하기 위해 마이크로 컴퓨터 단층촬영(micro-CT)을 활용하는 프로토콜을 제시합니다.

전임상 모델에서 폐 섬유증 평가 향상을 위해 Micro-CT를 사용한 일측성 폐 용적 분석

학습하세요 환자별 CT 스캔 기반 3D 프린팅 폐 모델을 활용한 지역적 폐 증착 정량화 방법을 통해 폐암 및 COPD 등 질환의 표적 치료제 개발을 지원하는 기술을 탐색하세요.

환자 별 3D 인쇄 폐 모델을 사용하여 지역 폐 증착 평가

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