Name: Ocena regionalnego osadzania się płuc przy użyciu specyficznych dla pacjenta modeli płuc drukowanych w 3D (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-11-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 56 s
Description: Poznaj metodę oceny regionalnego osadzania się leków w płucach przy użyciu spersonalizowanych modeli drukowanych w 3D z tomografii komputerowej. Technika ta umożliwia przewidywanie skuteczności terapii przed klinicznymi badaniami.

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

Autorzy dziękują profesorowi Yu Fengowi, dr Jennie Briddell, Ianowi Woodwardowi i Lucasowi Attii za ich pomocne dyskusje.

<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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Obecnie najnowocześniejszym urządzeniem do badań farmaceutycznych płuc pełnej dawki inhalacyjnej jest Next Generator Impactor (NGI), który mierzy średnicę aerodynamiczną aerozolu4. Te dane dotyczące rozmiaru są następnie wykorzystywane do przewidywania generacji płuc, przy której aerozol będzie się osadzał, w oparciu o korelację opracowaną dla zdrowego dorosłego mężczyzny11. Niestety, zdolność tej metody do oceny różnic w regionalnym odkładaniu się w płucach, określania wpł...

Wiele chorób płuc, takich jak rak płuc i przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP), wykazuje regionalne różnice w charakterystyce choroby; jednak brakuje dostępnych technik terapeutycznych, które pozwoliłyby na dostarczanie leków tylko do chorych regionów płuc1. Wiele modeli obliczeniowej dynamiki płynów (CFD) wykazało, że możliwe jest modulowanie profili osadzania się leków poprzez identyfikację określonych linii przepływu w płucach2,3. W naszym laboratorium trwają prace nad inhalatorami i adapterami do rurki dotchawiczej (ET) z możliwością kierowania na regiony, aby kontrolować dystrybucję aerozolu do chorych obszarów płuc. Rozszerzenie tych zasad na zastosowanie kliniczne jest ograniczone przez obecne możliwości badań przedklinicznych. Wiadomo, że dokładna lokalizacja złogów leku w płucach jest najlepszym predyktorem skuteczności; Jednak obecne oceny farmaceutyczne leków wziewnych są najczęściej przewidywane przy użyciu korelacji wielkości cząstek in vitro-in vivo, aby jedynie przybliżyć depozycję4. Technika ta nie pozwala na żadną analizę przestrzenną w celu określenia wpływu różnych geometrii dróg oddechowych na dystrybucję regionalną w różnych płatach płuc. Ponadto w testach tych brakuje anatomicznie dokładnych geometrii płuc, które, jak wykazali naukowcy, mogą mieć znaczący wpływ na profile osadzania5. Podjęto pewne wysiłki w celu włączenia geometrii płuc specyficznej dla pacjenta do protokołów badań poprzez dodanie górnych dróg oddechowych; Jednak większość z tych podejść polega na próbkowaniu dostarczania aerozolu do różnych generacji płuc, a nie do każdego płata płuca6,7,8. Poniższy protokół przedstawia wysokoprzepustową metodę generowania specyficznych dla pacjenta modeli płuc ze zdolnością do ilościowego określania względnego osadzania cząstek w każdym z pięciu płatów płuca9.
Anatomicznie dokładne modele płuc są generowane przez drukowanie 3D skanów tomografii komputerowej (CT) pacjenta. W połączeniu z łatwym w montażu systemem przepływu, względne natężenia przepływu przez każdy z modelowych płatów płuc mogą być niezależnie kontrolowane i dostosowywane tak, aby naśladować te dla różnych grup demograficznych pacjenta i/lub stanów chorobowych. Dzięki tej metodzie naukowcy mogą przetestować skuteczność potencjalnych metod terapeutycznych w odpowiedniej geometrii płuc i skorelować działanie każdej metody z postępem morfologii choroby. W tym przypadku dwie konstrukcje urządzeń opracowane w naszym laboratorium są testowane pod kątem ich zdolności do zwiększania osadzania się w pożądanym płacie płuc poprzez kontrolowanie miejsca uwalniania aerozolu w jamie ustnej lub tchawicy. Protokół ten ma również potencjał, aby znacząco wpłynąć na rozwój spersonalizowanych procedur dla pacjentów, ułatwiając szybkie przewidywanie skuteczności leczenia w modelowym płucu specyficznym dla danych z tomografii komputerowej tego pacjenta.

<table><tbody><tr><td>1/4 "Plastikowa rura kolczasta</td><td>McMaster Carr</td><td>5372K111</td><td></td></tr><tr><td>10 um Bibuła filtracyjna</td><td>Fisher</td><td>1093-110</td><td></td></tr><tr><td>1um Fluorescencyjne cząstki polistyrenu</td><td>Polysciences</td><td>15702-10</td><td></td></tr><tr><td>1um Niefluorescencyjne cząstki polistyrenu</td><td>Polysciences</td><td>8226</td><td></td></tr><tr><td>2-Propanol</td><td>Fisher</td><td>A516-4</td><td>Skierowany do w protokole jako "IPA"</td></tr> <tr><td>3/8" Plastikowa rura kolczasta</td> Przepływomierz <td>powietrza McMaster Carr</td><td>5372K117</td><td></td></tr><tr><td>(1 - 280 ml / min)</td> <td>McMaster Carr</td><td>41695K32</td><td>Określany w protokole jako "przepływomierz"</td></tr><tr><td>Drukarka 3D Carbon M1</td><td>Carbon 3D</td><td></td><td>https://www.carbon3d.com/, Powiązane oprogramowanie określane w protokole jako "oprogramowanie do krojenia"</td></tr> <tr><td>Collison Nebulizator strumieniowy</td><td>CH Technologies</td><td>ARGCNB0008 (CN-25)</td><td>6 Poziome zderzenie w stylu Jet MRE ze szklanym słoikiem, Określany w protokole jako "nebulizator", http://chtechusa.com/Manuals/MRE_Collison_Manual.pdf</td></tr><tr><td>Piec konwekcyjny</td><td>Yamato</td><td>DKN602</td><td></td></tr><tr><td>Kontroler przepływu krytycznego Copley TPK2000 Reve 120V</td><td>MSP Corp</td><td>0001-01-9810</td><td>Określany w protokole jako "regulator przepływu"</td></tr><tr><td>Pompa o dużej wydajności Copley Model HCP5</td><td>MSP Corp</td><td>0001-01-9982</td><td>Określana w protokole jako "pompa próżniowa"</td></tr> <tr><td>Cytation</td><td>BioTek</td><td>CYT5MPV</td><td>Wielofunkcyjny spektrofotometr / obrazowanie fluorescencyjne wyposażony w obiektywy 4x/20x/40x i DAPI/GFP/TexasCzerwone kostki laserowe/filtracyjne</td></tr><tr><td>EPU40 Resin</td><td>Carbon 3D</td><td></td><td>https://www.carbon3d.com/materials/epu-elastomeric-polyurethane/, określany w protokole jako "miękka żywica"</td></tr><tr><td>Filtr do pompy próżniowej</td><td>Przepływomierz Whatman</td><td>6722-5000</td><td></td></tr><tr><td>Model DFM 2000</td><td>MSP Corp</td><td>0001-01-8764</td><td>Określany w protokole jako "elektroniczny przepływomierz"</td></tr><tr><td>Oprogramowanie ImageJ</td><td>ImageJ</td><td></td><td>https://imagej.nih.gov/ij/download.html</td></tr><tr><td>Liniowy zawór sterujący przepływem powietrza (Push-to-Connect)</td><td>McMaster Carr</td><td>62005K333</td><td>Określany w protokole jako "zawór"</td></tr><tr><td>Liniowe urządzenia filtrujące</td><td>Whatman</td><td>WHA67225000</td><td></td></tr><tr><td>Arkusz sklejki morskiej</td><td>McMaster Carr</td><td>62005K333</td><td>Określany w protokole jako "drewniana tablica"</td></tr><tr><td>Materialise Naśladuje oprogramowanie</td><td>Materialise</td><td></td><td>https://www.materialise.com/en/medical/mimics-innovation-suite, Określane w protokole jako "Oprogramowanie do skanowania CT"</td></tr><tr><td>Oprogramowanie Meshmixer</td><td>Autodesk</td><td></td><td>http://www.meshmixer.com/, Określane w protokole jako "oprogramowanie do edycji siatki</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>Określane w protokole jako "piec UV"</td></tr><tr><td>PR25 Żywica</td><td>węglowa 3D</td><td></td><td>https://www.carbon3d.com/materials/uma-urethanemethacrylate, /Określana w protokole jako "twarda żywica"</td></tr> <tr><td>PVC Rurka do chemikaliów</td><td>McMaster Carr</td><td>5231K161</td><td>1/4"</td></tr><tr><td></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/, określany w protokole jako "oprogramowanie do modelowania 3D"</td></tr><tr><td>Prostokątny rozdzielacz o prostym przepływie</td><td>McMaster Carr</td><td>1125T31</td><td></td></tr><tr><td>Rurka do kontrolera przepływu</td><td>McMaster Carr</td><td>5233K65</td><td>3/8"</td></tr><tr><td>Przewód</td><td></td><td></td><td></td></tr> identyfikacyjny</tbody></table>

ocena regionalnego osadzania się płuc przy użyciu specyficznych dla pacjenta modeli płuc drukowanych w 3d

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

Rozwój terapii celowanych w chorobach płuc jest ograniczony przez dostępność metod badań przedklinicznych z możliwością przewidywania regionalnego dostarczania aerozoli. Wykorzystując druk 3D do generowania modeli płuc specyficznych dla pacjenta, nakreślamy projekt wysokoprzepustowej konfiguracji eksperymentalnej in vitro do ilościowego oznaczania zrazikowego osadzania się płuc. System ten jest wykonany z połączenia dostępnych na rynku i drukowanych w 3D komponentów i umożliwia niezależną kontrolę natężenia przepływu przez każdy płat płuca. Dostarczanie aerozoli fluorescencyjnych do każdego płata mierzy się za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej. Protokół ten ma potencjał, aby promować rozwój medycyny spersonalizowanej w chorobach układu oddechowego dzięki swojej zdolności do modelowania szerokiego zakresu danych demograficznych pacjentów i stanów chorobowych. Zarówno geometrię wydrukowanego w 3D modelu płuc, jak i ustawienie profilu przepływu powietrza można łatwo modulować, aby odzwierciedlić dane kliniczne dla pacjentów w różnym wieku, rasie i płci. Klinicznie istotne urządzenia do dostarczania leków, takie jak rurka dotchawicza, mogą być włączone do zestawu testowego, aby dokładniej przewidzieć zdolność urządzenia do ukierunkowanego dostarczania terapeutycznego do chorego obszaru płuc. Wszechstronność tej eksperymentalnej konfiguracji pozwala na dostosowanie jej do wielu warunków inhalacji, zwiększając rygor przedklinicznych testów terapeutycznych.

Cząstki w tym zakresie wielkości (1-5 μm) oraz przy tych warunkach przepływu (1-10 L/min) podążają za liniami strumienia płynu, co wynika zarówno z teoretycznej liczby Stokesa, jak i z danych in vivo; w związku z tym, w przypadku braku urządzenia do celowanego dostarczania, oczekuje się, że cząstki wprowadzone do modelu płuca będą osadzać się zgodnie z procentowym udziałem całkowitego przepływu powietrza kierowanego do każdego płata. Względne ilości dostarczonych cząstek do każdego płata można następnie porównać z klinic...

Prezentujemy wysokoprzepustową metodę in vitro do ilościowego określania regionalnego osadzania się płuc na poziomie płata za pomocą tomografii komputerowej, wydrukowanych w 3D modeli płuc z regulowanymi profilami przepływu powietrza.

Ocena regionalnego osadzania się płuc przy użyciu specyficznych dla pacjenta modeli płuc drukowanych w 3D

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

Protokół ten może przyczynić się do rozwoju nowych celowanych terapii płucnych, umożliwiając przedkliniczne przewidywanie osadzania regionalnego. Technika ta obejmuje anatomicznie dokładne modele płuc, wydrukowane w 3D ze skanów tomografii komputerowej pacjenta w celu szybkiego generowania spersonalizowanych wyników predykcyjnych dotyczących skuteczności potencjalnych metod leczenia. Technika ta może być wykorzystana do opracowania terapii celowanych, które minimalizują docelowe skutki w przypadku chorób, które charakteryzują się przeszkodami obszarowymi, takimi jak rak płuc lub POChP.Po wydrukowaniu eksperymentalnych komponentów i zakończeniu obróbki końcowej zgodnie z instrukcjami producenta, ostrożnie umyj wydrukowane części w miękkiej żywicy z alkoholem izopropylowym o czystości co najmniej 99%, aby usunąć nadmiar nieutwardzonej żywicy przed utwardzeniem termicznym części w piecu konwekcyjnym przez osiem godzin zgodnie ze specyfikacjami producenta. Następnie umyj części wydrukowane w twardej żywicy z alkoholem, aby usunąć nadmiar nieutwardzonej żywicy i utwardź części w piecu UV przez jedną minutę z każdej strony. W przypadku montażu nasadki wylotowej krzywki, włóż jeden koniec owalnej podstawy łączącej rurkę kolczastą do nasadki, a następnie ostrożnie rozciągnij elastyczną nasadkę na drugi koniec owalnej podstawy, zwracając szczególną uwagę, aby nie pęknąć cienkiej podstawy i z dyszą wystającą przez otwór w podstawie nasadki.Następnie przytnij bibułę filtracyjną o pojemności 10 mikrolitrów do rozmiaru nieco większego niż obszar wylotowy i złóż bibułę filtracyjną na wylocie krzywki, przytrzymując bibułę jedną ręką. Następnie użyj pęsety w drugiej ręce, aby rozciągnąć nasadkę z połączeniem rurki kolczastej nad wylotem i dociśnij nasadkę, aż wycięcie będzie pasować do odpowiedniego wycięcia na wylocie płata. Przed każdym uruchomieniem eksperymentalnym należy podłączyć każdy wylot płata modelu płuc do rurki odpowiedniego przepływomierza i zaworu, uważając, aby nie wywierać zbyt dużego nacisku bocznego na połączenie rurki kolczastej.Podłącz elektroniczny przepływomierz do wlotu ustnego modelu płuc, aby zmierzyć całkowite natężenie przepływu powietrza do modelu płuc i włącz regulator przepływu i pompę próżniową. W regulatorze przepływu wybierz ustawienie ustawień testu i powoli zwiększaj natężenie przepływu, aż elektroniczny przepływomierz wyświetli żądane całkowite natężenie przepływu. Użyj zaworów, aby wyregulować natężenie przepływu przez prawy górny, prawy środkowy, prawy dolny, lewy górny i lewy dolny płat płuc.Gdy natężenia przepływu obciążenia pokazane na przepływomierzach ustabilizują się na żądanej wartości, ponownie sprawdź ogólne natężenie przepływu na przepływomierzu elektronicznym, aby upewnić się, że w systemie nie ma nieszczelności. Następnie wyjdź z konfiguracji testowej w regulatorze przepływu, pozostawiając włączoną pompę próżniową. W celu dostarczenia aerozolu do modelu płuc, napełnij nebulizator roztworem pożądanych cząstek fluorescencyjnych i podłącz nebulizator do wlotu modelu płuca.Aby zmierzyć skuteczność urządzenia celowniczego, włóż urządzenie do modelu płuc i podłącz nebulizator do urządzenia. Podłącz przewód sprężonego powietrza do nebulizatora. Ustaw regulator przepływu tak, aby działał przez jedną dziesięciosekundową próbę i lekko otwórz zawór sprężonego powietrza, aby rozpocząć wytwarzanie aerozolu w nebulizatorze.Nacisnąć start na regulatorze przepływu i natychmiast całkowicie otworzyć zawór sprężonego powietrza. Gdy regulator przepływu osiągnie około dziewięciu sekund, rozpocznij zamykanie zaworu sprężonego powietrza i zamknij skrzydło dygestorium tak bardzo, jak to możliwe. Po całkowitym zamknięciu zaworu odłącz nebulizator od przewodu sprężonego powietrza.Całkowicie zamknij skrzydło dygestoria, wyłącz pompę próżniową i pozwól, aby wszelkie aerozole usunęły się z dygestorium. Po około 10 minutach odłącz model płuca od systemu przewodów, uważając, aby nie pęknąć połączeń przewodów kolczastych i przeprowadź pęsetę pod krawędzią każdej nasadki wylotowej płata, aby zdjąć nasadki z wylotów. Następnie przenieś bibułę filtracyjną z każdej nasadki do indywidualnych dołków 24-dołkowej płytki osadzającej cząstki stroną do dołu.Po zebraniu całej bibuły filtracyjnej umieść płytkę na stoliku cyfrowego mikroskopu fluorescencyjnego i ustaw mikroskop na 4-krotne powiększenie i odpowiedni kanał fluorescencyjny. Następnie zrób co najmniej trzy obrazy bibuły filtracyjnej z każdego płata w losowych miejscach i zapisz obrazy jako pliki TIF. W warunkach pobierania jednego litra na minutę w zdrowym płucu, zakończonych POChP, eksperymentalnie określony profil osadzania nie różni się statystycznie od danych klinicznych wykazujących, że układ dokładnie naśladuje rozkład przepływu powietrza do każdego z płatów płuc.W porównaniu z nieukierunkowanym profilem osadzania cząstek, zastosowanie zmodyfikowanej rurki dotchawiczej powoduje prawie czterokrotny wzrost dostarczania przez lewy dolny płat. Oprócz przekierowania ponad 96% dostarczonych cząstek do lewego płuca. Zmieniając ustawienie miejsca uwalniania, aby celować w prawy dolny płat, urządzenie to generuje ponad dwukrotnie więcej cząstek dostarczanych do prawego płata i przekierowuje 94% dostarczonych cząstek do prawego płuca.W porównaniu z nieukierunkowanym profilem osadzania cząstek, koncentryczne urządzenie cylindryczne powoduje prawie trzykrotny wzrost dostarczania do lewego górnego płata, a także przekierowuje ponad 87% dostarczanych cząstek do lewego płuca. Skuteczność celowania można również zaobserwować jakościowo, porównując obrazy filtra krzywkowego celu z innymi filtrami wylotowymi. Jak pokazano, najskuteczniejsza metoda celowania zapewni wysokie osadzanie cząstek w zamierzonym płacie będącym przedmiotem zainteresowania i niskie osadzanie w pozostałych wylotach płata.Konieczne jest upewnienie się, że komponenty są prawidłowo podłączone, aby zapobiec wyciekom w systemie, ponieważ nieszczelności wpłyną na wyniki osadzania. Protokół ten pozwala naukowcom testować potencjalne urządzenia do dostarczania leków do określonych regionów płuc przed badaniami klinicznymi, zmniejszając koszty związane z opracowywaniem leków i zwiększaniem skuteczności u ludzi.

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Korzystając z nowoczesnych technologii wytłaczania i drukowania tworzyw sztucznych, teraz można szybko i tanio produkować fizyczne modele danych z tomografii komputerowej wykonanej w laboratorium.  Trójwymiarowe drukowanie danych tomograficznych jest potężnym narzędziem do wizualizacji, badań i edukacji, do którego może teraz uzyskać dostęp społeczność zajmująca się obrazowaniem przedklinicznym.

Druk 3D przedklinicznych zestawów danych tomografii komputerowej rentgenowskiej

Zakażenie gruźlicą u ludzi jest złożonym procesem, który jest trudny do modelowania in vitro. W tym miejscu opisujemy nowatorski model 3D ludzkiej tkanki płucnej, który podsumowuje dynamikę zachodzącą podczas infekcji, w tym migrację komórek odpornościowych i wczesne tworzenie ziarniniaka w środowisku fizjologicznym.

Model 3D ludzkiej tkanki płucnej do badań funkcjonalnych nad zakażeniem Mycobacterium tuberculosis

Prezentujemy trójwymiarowy (3D) model raka płuc oparty na biologicznym rusztowaniu kolagenowym do badania wrażliwości na terapie ukierunkowane na niedrobnokomórkowego raka płuc (NSCLC). Pokazujemy różne techniki odczytu w celu określenia wskaźnika proliferacji, apoptozy i stanu przejścia nabłonkowo-mezenchymalnego (EMT). Zebrane dane są integrowane z modelem in silico w celu przewidywania wrażliwości leków.

Połączony model tkankowy 3D guza płuca wykonany in vitro/in silico do przewidywania skuteczności leków w określonych tłach mutacyjnych

Tutaj prezentujemy protokół przygotowania wypełnionych agarozą precyzyjnie wyciętych ludzkich wycinków płuc z wyciętej tkanki pacjenta, które są odpowiednie do generowania 3D kultur tkanki płucnej do modelowania ludzkich chorób płuc w badaniach biologicznych i biomedycznych.

Generowanie ludzkich kultur 3D tkanki płuc (3D-LTC) do modelowania chorób

Ten artykuł opisuje generowanie ortotopowego mysiego modelu ludzkiego międzybłoniaka opłucnej poprzez wszczepienie komórek międzybłoniaka H2052/484 do jamy opłucnej myszy z obniżoną odpornością. Podłużne monitorowanie rozwoju guzów wewnątrzopłucnowych oceniano za pomocą nieinwazyjnej multimodalnej [18F]-2-fluoro-2-deoksy-D-glukozy pozytonowej tomografii emisyjnej i obrazowania tomografii komputerowej.

Implantacja i monitorowanie za pomocą PET/CT ortotopowego modelu ludzkiego międzybłoniaka opłucnej u myszy z atymią

Artykuł opisuje stopniowe różnicowanie indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych do trójwymiarowych organoidów całego płuca zawierających zarówno proksymalne, jak i dystalne komórki nabłonkowe płuc wraz z mezenchymą.

Generowanie 3D organoidów całych płuc z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych do modelowania biologii i chorób rozwojowych płuc

Tutaj zaproponowano nową metodę tworzenia spersonalizowanego modelu drukowanego w 3D do przedoperacyjnej oceny operacji tarczycy. Sprzyja to rozmowie przedoperacyjnej, zmniejszając trudność operacji tarczycy.

Spersonalizowany model wydrukowany w 3D do oceny przedoperacyjnej w chirurgii tarczycy

Celem tego badania jest opracowanie nowatorskiego cyfrowego modelu 3D guzków płucnych, który służy jako pomost komunikacyjny między lekarzami a pacjentami, a także jest najnowocześniejszym narzędziem do wstępnej diagnozy i oceny prognostycznej.

Cyfrowy model 3D do diagnostyki i leczenia guzków płucnych

To badanie wprowadza trójwymiarową (3D) metodę rekonstrukcji całego płuca u pacjentów z wczesnymi mnogimi guzkami płucnymi. Oferuje kompleksową wizualizację rozmieszczenia guzków i ich wzajemnego oddziaływania z tkanką płucną, upraszczając ocenę diagnozy i rokowania dla tych pacjentów.

Trójwymiarowa rekonstrukcja całego płuca z wczesnymi mnogimi guzkami płucnymi

Trójwymiarowe (3D) funkcjonalne płuco z rozdzielczością fazową (PREFUL) to technika funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (MRI), która pozwala na ilościowe określenie wentylacji regionalnej całej objętości płuc człowieka, przy użyciu oddychania oddechowego i akwizycji bez środka kontrastowego przez 8 minut. W tym miejscu przedstawiamy protokół MR do zbierania i analizowania danych obrazowania 3D PREFUL.

Trójwymiarowe funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego płuc z rozdzielczością fazową

W tym miejscu przedstawiamy protokół wykorzystania mikrotomografii komputerowej (mikro-CT) do ilościowego oznaczania wentylowanych regionów w jednostronnym modelu zwłóknienia płuc wywołanego bleomycyną poprzez wkroplenie dotchawicze po stronie zmiany.

Jednostronna analiza objętości płuc za pomocą mikrotomografii komputerowej w celu lepszej oceny zwłóknienia płuc w modelach przedklinicznych

Poznaj metodę oceny regionalnego osadzania się leków w płucach przy użyciu spersonalizowanych modeli drukowanych w 3D z tomografii komputerowej. Technika ta umożliwia przewidywanie skuteczności terapii przed klinicznymi badaniami.

Ocena regionalnego osadzania się płuc przy użyciu specyficznych dla pacjenta modeli płuc drukowanych w 3D

Przeglądaj więcej filmów