Name: Evaluatie van regionale longdepositie met patiëntspecifieke 3D-geprinte longmodellen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-11-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 56 s
Description: Verken een computermethode voor regionale longdepositie met patiëntspecifieke 3D-geprinte longmodellen uit CT-scans. Deze techniek voorspelt therapeutische effectiviteit en minimaliseert off-target effecten bij longkanker en COPD.

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

De auteurs danken professor Yu Feng, dr. Jenna Briddell, Ian Woodward en Lucas Attia voor hun nuttige discussies.

<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>
<li>Kleinstreuer, C., Seelecke, S. Inhaler system for targeted maximum drug-aerosol delivery. United States patent. , (2005).</li>
<li>Pietila, T. How Medical 3D Printing is Gaining Ground in Top Hospitals. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.materialise.com/en/blog/3d-printing-hospitals">https://www.materialise.com/en/blog/3d-printing-hospitals</a> (2019).</li>
<li>Weber, P. W., Price, O. T., McClellan, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Demographic+Variability+of+Inhalation+Mechanics%3A+A+Review%5BTitle%5D)+AND+%22Defense+Threat+Reduction+Agency%22%5BJournal%5D)">Demographic Variability of Inhalation Mechanics: A Review.</a> Defense Threat Reduction Agency. , (2016).</li>
<li>Jiang, Y. Y., Xu, X., Su, H. L., Liu, D. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gender-related+difference+in+the+upper+airway+dimensions+and+hyoid+bone+position+in+Chinese+Han+children+and+adolescents+aged+6-18+years+using+cone+beam+computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Odontologica+Scandinavica%22%5BJournal%5D)">Gender-related difference in the upper airway dimensions and hyoid bone position in Chinese Han children and adolescents aged 6-18 years using cone beam computed tomography.</a> Acta Odontologica Scandinavica. 73 (5), 391-400 (2015).</li>
<li>Martin, S. E., Mathur, R., Marshall, I., Douglas, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+age%2C+sex%2C+obesity+and+posture+on+upper+airway+size%5BTitle%5D)+AND+%22European+Respiratory+Journal%22%5BJournal%5D)">The effect of age, sex, obesity and posture on upper airway size.</a> European Respiratory Journal. 10 (9), 2087(1997).</li>
<li>Xi, J., Longest, P. W., Martonen, T. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+the+laryngeal+jet+on+nano-+and+microparticle+transport+and+deposition+in+an+approximate+model+of+the+upper+tracheobronchial+airways%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physiology%22%5BJournal%5D)">Effects of the laryngeal jet on nano- and microparticle transport and deposition in an approximate model of the upper tracheobronchial airways.</a> Journal of Applied Physiology. 104 (6), 1761-1777 (2008).</li>
<li>Zhao, J., Feng, Y., Fromen, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Glottis+motion+effects+on+the+particle+transport+and+deposition+in+a+subject-specific+mouth-to-trachea+model%3A+A+CFPD+study%5BTitle%5D)+AND+%22Computers+in+Biology+and+Medicine%22%5BJournal%5D)">Glottis motion effects on the particle transport and deposition in a subject-specific mouth-to-trachea model: A CFPD study.</a> Computers in Biology and Medicine. 116, 103532(2020).</li>
<li>Kim, S. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chronic+obstructive+pulmonary+disease%3A+lobe-based+visual+assessment+of+volumetric+CT+by+Using+standard+images--comparison+with+quantitative+CT+and+pulmonary+function+test+in+the+COPDGene+study%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Chronic obstructive pulmonary disease: lobe-based visual assessment of volumetric CT by Using standard images--comparison with quantitative CT and pulmonary function test in the COPDGene study.</a> Radiology. 266 (2), 626-635 (2013).</li>
<li>The Cancer Imaging Archive. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.cancerimagingarchive.net/">https://www.cancerimagingarchive.net/</a> (2020).</li>
<li>Li, A., Ahmadi, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Computer+Simulation+of+Deposition+of+Aerosols+in+a+Turbulent+Channel+Flow+with+Rough+Walls%5BTitle%5D)+AND+%22Aerosol+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Computer Simulation of Deposition of Aerosols in a Turbulent Channel Flow with Rough Walls.</a> Aerosol Science and Technology. 18 (1), 11-24 (1993).</li>
<li>Khalili, S. F., Ghanbarzadeh, S., Nokhodchi, A., Hamishehkar, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+different+coating+materials+on+the+prevention+of+powder+bounce+in+the+next+generation+impactor%5BTitle%5D)+AND+%22Research+in+Pharmaceutical+Sciences%22%5BJournal%5D)">The effect of different coating materials on the prevention of powder bounce in the next generation impactor.</a> Research in Pharmaceutical Sciences. 13 (3), 283-287 (2018).</li>
<li>Galliger, Z., Vogt, C. D., Panoskaltsis-Mortari, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+bioprinting+for+lungs+and+hollow+organs%5BTitle%5D)+AND+%22Translational+Research%22%5BJournal%5D)">3D bioprinting for lungs and hollow organs.</a> Translational Research. 211, 19-34 (2019).</li>
<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>

De auteurs hebben niets bekend te maken.

Het huidige state-of-the-art apparaat voor long farmaceutisch testen van een volledige inhalatiedosis is het Next Generator Impactor (NGI), dat de aerodynamische diameter van een aerosolmeet 4. Deze dimensioneringsgegevens worden vervolgens gebruikt om de longgeneratie te voorspellen waarbij de aerosol zich zal afzetten op basis van een correlatie die is ontwikkeld voor een gezonde volwassen man11. Helaas is deze methode beperkt in zijn vermogen om verschillen in regionale ...

Veel longziekten zoals longkanker en chronische obstructieve longziekte (COPD) vertonen regionale verschillen in ziektekenmerken; er zijn echter een gebrek aan therapeutische technieken beschikbaar om de levering van geneesmiddelen aan alleen zieke gebieden van de longen te richten1. Meerdere computationele vloeistofdynamische (CFD)-modellen hebben aangetoond dat het mogelijk is om de depositieprofielen van geneesmiddelen te moduleren door specifieke stroomlijnen in delongen teidentificeren 2,3. De ontwikkeling van zowel inhalatoren als endotracheale (ET) buisadapters met regionale targetingmogelijkheden is in ons lab aan de gang om de aerosoldistributie naar zieke longregio's te beheersen. De uitbreiding van deze beginselen tot klinisch gebruik wordt beperkt door de huidige preklinische testcapaciteit. De precieze locatie waar een geneesmiddel zich in de long afzettingen, is bekend als de beste voorspeller van werkzaamheid; de huidige farmaceutische beoordelingen van inhaleerbare therapieën worden echter meestal voorspeld met behulp van in vitro-in vivo correlaties van deeltjesgrootte om depositie slechts bij benadering te benaderen4. Deze techniek maakt geen ruimtelijke analyse mogelijk om de effecten van verschillende luchtweggeometrieën op de regionale verdeling door de verschillende longlobben te bepalen. Bovendien mist deze test anatomisch nauwkeurige longgeometrieën, waarvan onderzoekers hebben aangetoond dat ze een aanzienlijke impact kunnen hebben op depositieprofielen5. Er zijn enkele inspanningen geleverd om patiëntspecifieke longgeometrieën op te nemen in testprotocollen door toevoeging van de bovenste luchtwegen; de meeste van deze benaderingen bemonsteren echter de levering van aerosolen aan verschillende generaties van de long in plaats van elke longkwab6,7,8. Het volgende protocol presenteert een methode met hoge doorvoer om patiëntspecifieke longmodellen te genereren met de capaciteit om relatieve deeltjesdepositie in elk van de vijf kwabben van de long te kwantificeren9.
Anatomisch nauwkeurige modellongen worden gegenereerd door ct-scans (3D printing patient computed tomography). Bij gebruik in combinatie met een eenvoudig te monteren debietsysteem kunnen de relatieve debieten door elk van de longlobben van het model onafhankelijk worden gecontroleerd en aangepast om die van verschillende demografische en/of ziektetoestanden van de patiënt na te bootsen. Met deze methode kunnen onderzoekers de werkzaamheid van potentiële therapeutische methoden in een relevante longgeometrie testen en de prestaties van elke methode correleren met de progressie van zieke morfologie. Hier worden twee apparaatontwerpen die in ons lab zijn ontwikkeld, getest op hun vermogen om de afzetting in een gewenste longkwab te verhogen door de locatie van aerosolafgifte in de mond of luchtpijp te regelen. Dit protocol heeft ook het potentieel om de ontwikkeling van gepersonaliseerde procedures voor patiënten aanzienlijk te beïnvloeden door de snelle voorspelling van de werkzaamheid van de behandeling in een modellong te vergemakkelijken die specifiek is voor de CT-scangegevens van die patiënt.

<table><tbody><tr><td>1/4" Plastic Barbed Tube Fitting</td><td>McMaster Carr</td><td>5372K111</td><td></td></tr><tr><td>10 um Filter Paper</td><td>Fisher</td><td>1093-110</td><td></td></tr><tr><td>1um Fluorescent Polystyrene Particles</td><td>Polysciences</td><td>15702-10</td><td></td></tr><tr><td>1um Non-Fluorescent Polystyrene Particles</td><td>Polysciences</td><td>8226</td><td></td></tr><tr><td>2-Propanol</td><td>Fisher</td><td>A516-4</td><td>Aangeduid in protocol als "IPA"</td></tr><tr><td>3/8" Plastic Barbed Tube Fitting</td><td>McMaster Carr</td><td>5372K117</td><td></td></tr><tr><td>Air Flow Meter (1 - 280 mL/min)</td><td>McMaster Carr</td><td>41695K32</td><td>Aangeduid in protocol als "flow meter"</td></tr><tr><td>Carbon M1 3D Printer</td><td>Carbon 3D</td><td></td><td>https://www.carbon3d.com/, Geassocieerde software aangeduid in protocol als "slicing software"</td></tr><tr><td>Collison Jet Nebulizer</td><td>CH Technologies</td><td>ARGCNB0008 (CN-25)</td><td>6 Jet MRE-stijl horizontale botsing met glazen pot, Aangeduid in protocol als "nevelverstuiver", http://chtechusa.com/Manuals/MRE_Collison_Manual.pdf</td></tr><tr><td>Convection Oven</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>Aangeduid in protocol als "flow controller"</td></tr><tr><td>Copley High Capacity Pump Model HCP5</td><td>MSP Corp</td><td>0001-01-9982</td><td>Aangeduid in protocol als "vacuümpomp"</td></tr><tr><td>Cytation</td><td>BioTek</td><td>CYT5MPV</td><td>Multifunctionele Spectrofotometer/Fluorescente imager uitgerust met 4x/20x/40x objectieven en DAPI/GFP/TexasRed laser/filter cubes</td></tr><tr><td>EPU40 Resin</td><td>Carbon 3D</td><td></td><td>https://www.carbon3d.com/materials/epu-elastomeric-polyurethane/, Aangeduid in protocol als "zachte hars"</td></tr><tr><td>Filter for vacuum pump</td><td>Whatman</td><td>6722-5000</td><td></td></tr><tr><td>Flow Meter Model DFM 2000</td><td>MSP Corp</td><td>0001-01-8764</td><td>Aangeduid in protocol als "elektronische flow meter"</td></tr><tr><td>ImageJ Software</td><td>ImageJ</td><td></td><td>https://imagej.nih.gov/ij/download.html</td></tr><tr><td>Inline Air Flow Control Valve (Push-to-Connect)</td><td>McMaster Carr</td><td>62005K333</td><td>Aangeduid in protocol als "klep"</td></tr><tr><td>Inline Filter Devices</td><td>Whatman</td><td>WHA67225000</td><td></td></tr><tr><td>Marine-Grade Plywood Sheet</td><td>McMaster Carr</td><td>62005K333</td><td>Aangeduid in protocol als "houten plank"</td></tr><tr><td>Materialise Mimics Software</td><td>Materialise</td><td></td><td>https://www.materialise.com/en/medical/mimics-innovation-suite, Aangeduid in protocol als "CT-scan software"</td></tr><tr><td>Meshmixer Software</td><td>Autodesk</td><td></td><td>http://www.meshmixer.com/, Aangeduid in protocol als "meshbewerkingssoftware"</td></tr><tr><td>Methanol</td><td>Fisher</td><td>A454-4</td><td></td></tr><tr><td>Opticure LED Cube</td><td>APM Technica</td><td>102843</td><td>Aangeduid in protocol als "UV-oven"</td></tr><tr><td>PR25 Resin</td><td>Carbon 3D</td><td></td><td>https://www.carbon3d.com/materials/uma-urethanemethacrylate, /Aangeduid in protocol als "hard resin"</td></tr><tr><td>PVC Tube for Chemicals</td><td>McMaster Carr</td><td>5231K161</td><td>1/4" ID</td></tr><tr><td>Screws</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>SolidWorks Software</td><td>Dassault Syst&egrave;mes&nbsp;SolidWorks Corporation</td><td></td><td>https://www.solidworks.com/, Aangeduid in protocol als "3D-modelleringssoftware"</td></tr><tr><td>Straight Flow Rectangular Manifold</td><td>McMaster Carr</td><td>1125T31</td><td></td></tr><tr><td>Tubing to Flow Controller</td><td>McMaster Carr</td><td>5233K65</td><td>3/8" ID</td></tr><tr><td>Wire</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

evaluatie van regionale longdepositie met patiëntspecifieke 3d-geprinte longmodellen

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

De ontwikkeling van gerichte therapieën voor longziekten wordt beperkt door de beschikbaarheid van preklinische testmethoden met het vermogen om regionale aerosollevering te voorspellen. Met 3D-printen om patiëntspecifieke longmodellen te genereren, schetsen we het ontwerp van een in vitro experimentele opstelling met hoge doorvoer voor het kwantificeren van lobulaire longdepositie. Dit systeem is gemaakt met een combinatie van in de handel verkrijgbare en 3D-geprinte componenten en maakt het mogelijk om het debiet door elke longkwab onafhankelijk te regelen. Levering van fluorescerende aerosolen aan elke kwab wordt gemeten met behulp van fluorescentiemicroscopie. Dit protocol heeft het potentieel om de groei van gepersonaliseerde geneeskunde voor luchtwegaandoeningen te bevorderen door zijn vermogen om een breed scala aan demografische en ziektetoestanden van patiënten te modelleren. Zowel de geometrie van het 3D-geprinte longmodel als de instelling van het luchtstroomprofiel kunnen eenvoudig worden gemoduleerd om klinische gegevens weer te geven voor patiënten met verschillende leeftijd, ras en geslacht. Klinisch relevante hulpmiddelen voor de toediening van geneesmiddelen, zoals de hier getoonde endotracheale buis, kunnen in de testopstelling worden opgenomen om nauwkeuriger te voorspellen of een apparaat in staat is om therapeutische toediening aan een ziek gebied van de long te richten. De veelzijdigheid van deze experimentele opstelling maakt het mogelijk om het aan te passen aan een veelheid aan inhalatieomstandigheden, waardoor de strengheid van preklinische therapeutische tests wordt verbeterd.

Deeltjes in dit groottebereik (1-5 μm) en stroomomstandigheden (1-10 L/min) volgen de vloeistofstroomlijnen op basis van zowel hun theoretische Stokes-getal als in vivo gegevens; bij gebrek aan een doelafgifteapparaat wordt daarom verwacht dat deeltjes die in het longmodel vrijkomen, zich zullen afzetten volgens het percentage van de totale luchtstroom dat naar elke kwab wordt omgeleid. De relatieve hoeveelheden deeltjesafgifte aan elke kwab kunnen vervolgens worden vergeleken met klinische lobbendebietgegevens die worde...

We presenteren een high-throughput, in vitro methode voor het kwantificeren van regionale longdepositie op kwabniveau met behulp van CT-scan-afgeleide, 3D-geprinte longmodellen met afstembare luchtstroomprofielen.

Evaluatie van regionale longdepositie met patiëntspecifieke 3D-geprinte longmodellen

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

Dit protocol heeft het potentieel om de ontwikkeling van nieuwe gerichte pulmonaire therapieën te stimuleren door preklinische voorspellingen van regionale depositie mogelijk te maken. Deze techniek maakt gebruik van anatomisch nauwkeurige longmodellen, 3D geprint van de CT-scans van patiënten voor de snelle generatie van gepersonaliseerde voorspellende resultaten over de werkzaamheid van potentiële behandelingen. Deze techniek kan worden gebruikt om gerichte therapieën te ontwikkelen die off-target effecten minimaliseren voor ziekten die worden gekenmerkt door obstructies in regionale gebieden, zoals longkanker of COPD.Nadat de experimentele componenten zijn afgedrukt en de nabewerking volgens de instructies van de fabrikant is voltooid, was de in zachte hars bedrukte onderdelen zorgvuldig met isopropylalcohol met ten minste 99% zuiverheid om eventueel overtollig ongenezen hars te verwijderen voordat de onderdelen in een convectieoven gedurende acht uur volgens de specificaties van de fabrikant thermisch worden uitgehard. Was vervolgens de in harde hars bedrukte onderdelen met de alcohol om eventueel overtollig ongenezen hars te verwijderen en laat de onderdelen een minuut per zijde uitharden in een UV-oven. Voor de montage van de lobuitlaatdop, steekt u een uiteinde van de ovale snelkoppelingsbuisbasis in de dop voordat u de flexibele dop voorzichtig over het andere uiteinde van de ovale basis strekt, waarbij u er zorgvuldig voor zorgt dat de dunne basis niet barst en met de spuitmond die door de opening in de dopbasis steekt.Snijd vervolgens 10 microliter filterpapier tot een maat iets groter dan het uitlaatgebied en vouw het filterpapier over de lobuitlaat, terwijl u het papier met één hand op zijn plaats houdt. Gebruik vervolgens een pincet in de andere hand om de dop met de snelkoppelingsbuis over de uitlaat te strekken en druk de dop naar beneden tot de inkeping overeenkomt met de overeenkomstige inkeping op de lobuitlaat. Voor elke experimentele run verbindt u elke uitlaat van het longmodel met de slang van de bijbehorende flowmeter en klep en zorg ervoor dat u niet te veel zijdelingse druk uitoefent op de snelkoppelingsbuisverbinding.Bevestig de elektronische flowmeter op de mondinlaat van het longmodel om de totale luchtstroom naar het longmodel te meten en zet de flowcontroller en vacuümpomp aan. Selecteer in de flowcontroller de instelling voor de testopstelling en verhoog langzaam de stroomsnelheid totdat de elektronische flowmeter de gewenste totale stroomsnelheid weergeeft. Gebruik de kleppen om de stroomsnelheid door de rechter bovenste, rechter middelste, rechter onderste, linker bovenste en linker onderste longkwabben aan te passen.Zodra de laadstroomsnelheden op de flowmeters constant zijn op de gewenste waarde, controleert u de totale stroomsnelheid opnieuw op de elektronische flowmeter om te controleren of er geen lekken in het systeem zijn. Verlaat vervolgens de testopstelling in de flowcontroller en laat de vacuümpomp aan. Voor aerosolafgifte naar het longmodel, vult u een vernevelaar met een oplossing van de gewenste fluorescerende deeltjes en verbindt u de vernevelaar met de inlaat van het longmodel.Om de werkzaamheid van het richtmiddel te meten, plaatst u het apparaat in het longmodel en verbindt u de vernevelaar met het apparaat. Verbind de gecomprimeerde luchtleiding met de vernevelaar. Stel de flowcontroller in om één proef van tien seconden te laten lopen en open de klep voor gecomprimeerde lucht iets om een aerosol in de vernevelaar te gaan genereren.Druk op start op de flowcontroller en open onmiddellijk de klep voor gecomprimeerde lucht volledig. Wanneer de flowcontroller ongeveer negen seconden bereikt, begint u de klep voor gecomprimeerde lucht te sluiten en sluit u de afzuigkap zo veel mogelijk. Zodra de klep volledig gesloten is, koppelt u de vernevelaar los van de gecomprimeerde luchtleiding.Sluit de afzuigkap volledig, zet de vacuümpomp uit en laat eventuele aerosolen uit de afzuigkap verdwijnen. Na ongeveer 10 minuten koppelt u het longmodel los van het slangensysteem, zorg ervoor dat u de snelkoppelingen voor de buis niet beschadigd en gebruik een pincet onder de rand van elke lobuitlaat om de doppen van de uitlaten te verwijderen. Breng vervolgens het filterpapier van elke dop over in afzonderlijke putjes van een 24-putjesplaat, met de deeltjesdeposities naar beneden.Wanneer al het filterpapier is verzameld, plaatst u de plaat op het podium van een digitale fluorescentiemicroscoop en stelt u de microscoop in op een 4X-vergroting en het juiste fluorescentiekanaal. Neem vervolgens op zijn minst drie afbeeldingen van het filterpapier van elke lob op willekeurige locaties en sla de afbeeldingen op als TIF-bestanden. Onder omstandigheden van verzamelen van één liter per minuut in een gezonde long, beïnvloed door COPD, is het experimenteel bepaalde depositieprofiel niet statistisch verschillend van de klinische gegevens, wat aantoont dat de opstelling nauwkeurig de luchtstroomverdeling naar elk van de longkwabben nabootst.In vergelijking met het niet-gerichte deeltjesdepositieprofiel, genereert het gebruik van een gemodificeerde endotracheale buis een bijna viervoudige toename in de afgifte in de linker onderste lob. Naast het afleiden van meer dan 96%van de afgeleverde deeltjes naar de linker long. Door de locatie van de afgifte in te stellen om de rechter onderste lob te targeten, genereert dit apparaat meer dan het dubbele van de deeltjesafgifte naar de rechter lob en leidt 94%van de afgeleverde deeltjes af naar de rechter long.In vergelijking met het niet-gerichte deeltjesdepositieprofiel veroorzaakt het concentrische cilinderapparaat een bijna drievoudige toename in de afgifte in de linker bovenste lob, naast het afleiden van meer dan 87%van de afgeleverde deeltjes naar de linker long. De targeting-efficiëntie kan ook kwalitatief worden waargenomen door de afbeeldingen van het doelkwabfilter te vergelijken met de andere uitlaatfilters. Zoals geïllustreerd, zal de meest effectieve targeting-methode een hoge deeltjesdeposities opleveren op de beoogde lob van belang en een lage depositie op de resterende lobuitlaten.Het is essentieel om ervoor te zorgen dat de componenten correct zijn aangesloten om lekken in het systeem

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

Met behulp van moderne kunststof extrusie en printtechnologieën, is het nu mogelijk om snel en goedkoop te produceren fysische modellen van de X-ray CT-gegevens die in een laboratorium. De drie-dimensionale afdrukken van tomografische gegevens is een krachtige visualisatie, onderzoek, en een educatief instrument dat nu kan worden benaderd door de preklinische beeldvorming gemeenschap.

3D Printing van preklinisch X-ray computertomografie tomografische gegevens Sets

Tuberculose-infectie bij de mens is een complex proces, dat moeilijk te modelleren is in vitro. Hier beschrijven we een nieuw 3D-model van menselijk longweefsel dat de dynamische processen nabootst die tijdens infectie optreden, inclusief de migratie van immuuncellen en vroege granuloomvorming in een fysiologische omgeving.

Een 3D Human longweefsel Model voor functionele studies op<em&gt; Mycobacterium tuberculosis</em&gt; Infectie

We presenteren een driedimensionaal (3D) longkankermodel gebaseerd op een biologisch collageenscaffold om gevoeligheid voor op non-kleincellige-longkanker-(NSCLC)-gerichte therapieën te bestuderen. We demonstreren verschillende meettechnieken om de proliferatie-index, apoptose en epitheliale-mesenchymale transitie (EMT) status te bepalen. Verzamelde gegevens worden geïntegreerd in een in silico model voor voorspelling van drugsgevoeligheid.

Een gecombineerde 3D Weefselmanipulatieproducten<em&gt; In Vitro</em&gt; /<em&gt; In Silico</em&gt; Lung Tumor Model voor het voorspellen van de Drug Effectiveness in Specifieke Mutatie Achtergronden

Hier presenteren we een protocol voor de bereiding van menselijke precisie-cut-Long agarose gevulde segmenten van patiënten weefsel gereseceerd die geschikt zijn voor het genereren van 3D Long weefselcultures naar model menselijke longziekten in de biologische en biomedische studies.

Generatie van menselijke 3D longweefsel culturen (3D-LTCs) voor ziekte modelleren

Dit artikel beschrijft de generatie van een orthotopic muismodel van menselijke pleura mesothelioom door implantatie van H2052/484 mesothelioom cellen in de pleuraholte van immuungecompromitteerde athymische muizen. De longitudinale monitoring van de ontwikkeling van intrapleurale tumoren werd beoordeeld door niet-invasieve multimodale [18F] -2-Fluoro-2-deoxy-D-glucose positron emissie tomografie en computertomografie beeldvorming.

Implantatie en monitoring door PET/CT van een Orthothematisch model van menselijk pleura mesothelioom in Athymic muizen

Het artikel beschrijft stapsgewijze gerichte differentiatie van geïnduceerde pluripotente stamcellen naar driedimensionale hele longorganoïden die zowel proximale als distale epitheellongcellen bevatten, samen met mesenchym.

Generatie van 3D-organoïden voor de hele long uit geïnduceerde pluripotente stamcellen voor het modelleren van longontwikkelingsbiologie en -ziekte

Hier wordt een nieuwe methode voorgesteld om een gepersonaliseerd 3D-geprint model voor preoperatieve evaluatie van schildklierchirurgie op te stellen. Het is bevorderlijk voor preoperatieve discussie, waardoor de moeilijkheid van schildklierchirurgie wordt verminderd.

Een gepersonaliseerd 3D-geprint model voor preoperatieve evaluatie bij schildklierchirurgie

Het doel van deze studie is om een nieuw 3D digitaal model van longknobbels te ontwikkelen dat dient als een communicatiebrug tussen artsen en patiënten en ook een geavanceerd hulpmiddel is voor pre-diagnose en prognostische evaluatie.

Een 3D digitaal model voor de diagnose en behandeling van longknobbels

Deze studie introduceert een driedimensionale (3D) reconstructiemethode voor de gehele long bij patiënten met vroege meervoudige longknobbeltjes. Het biedt een uitgebreide visualisatie van de verdeling van knobbeltjes en hun wisselwerking met longweefsel, waardoor de beoordeling van diagnose en prognose voor deze patiënten wordt vereenvoudigd.

Driedimensionale reconstructie voor de hele long met vroege meervoudige longknobbeltjes

Driedimensionaal (3D) fase-opgeloste functionele long (PREFUL) is een functionele magnetische resonantiebeeldvormingstechniek (MRI) die kwantificering van regionale ventilatie van het hele menselijke longvolume mogelijk maakt, met behulp van ademhalingscycli en contrastmiddelvrije acquisitie gedurende 8 minuten. Hier presenteren we een MR-protocol om 3D PREFUL-beeldgegevens te verzamelen en te analyseren.

Driedimensioneel fase-opgelost functioneel long magnetische resonantie beeldvorming

Hier presenteren we een protocol om micro-computertomografie (micro-CT) te gebruiken om geventileerde gebieden te kwantificeren in een unilateraal bleomycine-geïnduceerd longfibrosemodel via intratracheale instillatie aan de laesiezijde.

Unilaterale longvolumeanalyse met behulp van micro-CT voor verbeterde beoordeling van longfibrose in preklinische modellen

Verken een computermethode voor regionale longdepositie met patiëntspecifieke 3D-geprinte longmodellen uit CT-scans. Deze techniek voorspelt therapeutische effectiviteit en minimaliseert off-target effecten bij longkanker en COPD.

Evaluatie van regionale longdepositie met patiëntspecifieke 3D-geprinte longmodellen

Meer video's verkennen