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

Emma L. Peterman; Emily L. Kolewe; Catherine A. Fromen

doi:10.3791/61706

Ocena regionalnego osadzania się płuc przy użyciu specyficznych dla pacjenta modeli płuc drukowan...

JoVE Journal
Bioengineering

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Journal Bioengineering

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

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

Full Text

4,862 Views

07:56 min

November 11, 2020

DOI: 10.3791/61706-v

Emma L. Peterman¹, Emily L. Kolewe¹, Catherine A. Fromen¹

¹Department of Chemical and Biomolecular Engineering,University of Delaware

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study presents a high-throughput, in vitro method for quantifying regional pulmonary deposition at the lobe level using CT scan-derived, 3D printed lung models. The technique aims to enhance the development of targeted pulmonary therapeutics by enabling pre-clinical predictions of regional deposition.

Key Study Components

Area of Science

Pulmonary therapeutics
3D printing technology
In vitro modeling

Background

Targeted therapies are crucial for minimizing off-target effects.
Diseases like lung cancer and COPD often involve regional obstructions.
Personalized predictive results can improve treatment efficacy.
3D printed lung models can be derived from patient-specific CT scans.

Purpose of Study

To develop a method for quantifying pulmonary deposition.
To facilitate the creation of personalized therapeutic strategies.
To enable rapid generation of predictive results for treatment efficacy.

Methods Used

3D printing of lung models from CT scans.
Post-processing of printed components using isopropyl alcohol.
Thermal curing of soft resin parts in a convection oven.
UV curing of hard resin parts for final assembly.

Main Results

The method allows for accurate modeling of pulmonary deposition.
Personalized models can predict treatment efficacy effectively.
Targeted therapies can be developed for specific lung diseases.
The approach minimizes off-target effects in treatment.

Conclusions

This technique has significant implications for pulmonary therapeutics.
It supports the development of personalized medicine approaches.
Future studies can expand on this method for broader applications.

Frequently Asked Questions

What is the significance of regional pulmonary deposition?

Regional pulmonary deposition is crucial for understanding how effectively a drug can target specific areas of the lungs, which is important for diseases like lung cancer.

How does 3D printing enhance this research?

3D printing allows for the creation of anatomically accurate lung models that can be tailored to individual patients, improving the predictive accuracy of treatment outcomes.

What materials are used in the 3D printing process?

The study utilizes soft and hard resin materials for printing the lung models, which are then cured using thermal and UV methods.

Can this method be applied to other diseases?

While the focus is on pulmonary diseases, the principles of this method could potentially be adapted for other conditions that require targeted therapy.

What are the next steps for this research?

Future research may explore the application of this method in clinical settings and its effectiveness in predicting outcomes for various pulmonary therapies.

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.

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.

View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos