Modelagem e Simulações de Olfativo Drug Delivery com controles passivo e ativo do nasal inalados Farmacêuticas Aerossóis

O objetivo geral desta metodologia é desenvolver diferentes protocolos para administrar medicamentos à região olfativa em modelos de vias aéreas nasais baseados em imagens. Este método pode ajudar a responder a perguntas-chave no ataque à administração de medicamentos neurológicos, como: Se é viável fornecer dosagem adequada à região olfativa. Como controlar os movimentos das partículas no nariz.

Qual é a melhor prática para segmentação olfativa? A principal vantagem desta técnica é que uma dosagem olfativa significativamente aumentada pode ser alcançada. Esta é uma etapa crítica para a entrega de medicamentos do nariz ao cérebro.

A implicação desta técnica se estende para a terapia de tumores cerebrais. Uma vez que as partículas de drogas depositadas na região olfativa podem entrar diretamente no cérebro. Comece adquirindo imagens de ressonância magnética, ou ressonância magnética, de um homem saudável e não fumante de 53 anos, que consistem em 72 seções transversais coronais espaçadas de 1,5 milímetros, abrangendo as narinas até a nasofaringe.

Abra o software de imagem e importe as imagens de RM clicando em Arquivo, Importar imagens. Selecione as imagens de RM e clique OK.To construir o modelo 3D, clique em Segmentação e, em seguida, em Limiar. Para definir o intervalo de tons de cinza entre menos 1024 e menos 419.

Clique em Segmentação e Calcular 3D. Em seguida, clique em Segmentação e Calcular Polilinhas. Selecione o corpo 3D e clique em OK para gerar as polilinhas que definem a geometria sólida.

Exporte as polilinhas como um arquivo IGES. Agora, abra o software de desenvolvimento de modelo e clique em Arquivo, Importar e IGES para importar o arquivo IGES para o programa. Em seguida, clique no botão Comando de aresta no painel direito, clique em Criar aresta e selecione NURBS para reconstruir contornos suaves.

Clique no botão Comando de Rosto e, em seguida, em Rosto do Formulário. Selecione Estrutura de arame para construir uma superfície a partir de arestas. Continue a construir todas as superfícies que cobrem todas as vias aéreas.

Retenha os detalhes anatômicos nasais, como úvula, prega epiglótica e seio laríngeo. Clique em Arquivo, Exportar, IGES para exportar o modelo de vias aéreas nasais. Em seguida, abra o software de geração de malha.

Clique em Arquivo, Importar geometria, Legado e STEPIES para importar o modelo de vias aéreas nasais. Clique em Criar peças para dividir as superfícies das vias aéreas em cinco regiões diferentes: vestíbulo nasal, válvula nasal, região de cornetos, olfativa e nasofaringe. Gere uma malha computacional dentro das vias aéreas clicando em Malha e Configuração de malha global.

Especifique o tamanho máximo da malha como 0,1 milímetros e clique em Aplicar. Por fim, adicione uma malha ajustada ao corpo na região da parede próxima clicando em Calcular malha, Malha de prisma. Especifique o número de camadas como cinco e a taxa de expansão como 1,25 e clique em Aplicar.

Comece abrindo o software de desenvolvimento de modelo para desenvolver o modelo nasal com intubação vestibular frontal. Clique em Volume e, em seguida, em Mover cópia para alterar a localização do cateter nebulizador cinco milímetros no vestíbulo a partir da ponta da narina. Clique em Injeção para liberar 150 nanômetros de partículas na narina.

Em seguida, abra o software de simulação de fluidos para calcular as taxas de deposição de partículas dentro do nariz. Para calcular o campo de fluxo de ar dentro das vias aéreas, selecione o modelo de fluxo laminar clicando em Definir, Modelos, Viscoso e, em seguida, escolha Laminar em Modelo viscoso. Para rastrear movimentos de partículas, selecione o Modelo de fase discreta.

Marque Força de sustentação de Saffman em Modelo de fase discreta, clique em Relatório e escolha Trajetórias de amostra. Para encontrar o número de partículas depositadas na região olfativa predefinida, selecione Nasal em Limites e clique em Calcular. Calcule a taxa de deposição como a razão entre a quantidade de partículas depositadas e a quantidade de partículas que entram nas narinas.

Em seguida, desenvolver o modelo nasal com intubação vestibular posterior. Realize o mesmo procedimento feito com a frente. Clique em Volume e, em seguida, em Mover cópia para alterar a localização do cateter nebulizador cinco milímetros no vestíbulo a partir da narina traseira.

Clique em Injeção para liberar 150 nanômetros de partículas na narina. Prossiga com a intubação profunda inserindo o cateter nebulizador logo abaixo da região olfativa. Libere 150 nanômetros de partículas do nebulizador.

Use software de fluido e simulação para calcular as taxas de deposição de partículas dentro do nariz em bases totais e locais, seguindo procedimentos semelhantes aos feitos para a intubação vestibular. Finalmente, repita a intubação profunda enquanto exercita a apneia e a expiração, respectivamente. Clique em Definir e, em seguida, em Condições de limite para abrir o painel Condição de limite.

Especifique a velocidade zero nas duas narinas para prender a respiração. Especifique a pressão de vácuo de 200 pascais nas narinas e pressão zero na saída para expiração. Comece abrindo o software de rastreamento de partículas magnéticas.

Clique em Geometria e Retângulo para criar o canal de duas placas. Clique em Retângulo para construir os ímãs em torno do canal de duas placas. Calcule as trajetórias das partículas e a taxa de deposição clicando em Modelo 1, Fluxo laminar e Entrada 1.

Em seguida, especifique a velocidade de entrada como 0,5 metros por segundo. Clique em Modelo 1, Campos magnéticos e Conservação de fluxo magnético e especifique a intensidade dos três ímãs. Clique em Modelo 1, Rastreamento de partículas para fluxo de fluido e Propriedades da partícula.

Especifique o diâmetro e a densidade da partícula e, em seguida, clique em Entrada para liberar 3.000 partículas e, para especificar a permeabilidade relativa da partícula, clique em Força magnetoforética e calcular. Para descobrir quantas partículas estão sendo depositadas na área selecionada, clique em Resultados, Grupo de plotagem 1D e Plotagem. Calcule a taxa de deposição como a razão entre a quantidade de partículas depositadas em uma determinada área e a quantidade de partículas que entram na geometria.

Em seguida, para ajustar a força do ímã, clique em Modelo 1 e, em seguida, em Campos magnéticos. Escolha Conservação de Fluxo Magnético e altere a força do ímã em Magnetização. Aumente a força do ímã em um incremento de um vezes dez elevado a quarto amperes por metro e clique em Calcular.

Comece aplicando as forças magnéticas obtidas recentemente em um modelo de nariz 2D, colocando três ímãs um milímetro acima do nariz. Clique em Modelo 1, Geometria 1, para especificar o tamanho e a posição do ímã. Em seguida, clique em Modelo 1, Rastreamento de partículas para fluxo de fluido e Entrada para liberar 3.000 partículas na narina esquerda.

Clique em Propriedades da partícula para especificar o tamanho da partícula como 15 micrômetros. Simule as trajetórias das partículas e as eficiências de entrega olfativa subsequentes clicando em Modelo 1, Fluxo laminar e Entrada 1. Especifique a velocidade de entrada como 0,5 metros por segundo.

Clique em Modelo 1, Campos magnéticos e Conservação de fluxo magnético e especifique a intensidade dos três ímãs. Por fim, ajuste o layout e a força do ímã para melhorar a eficiência da entrega olfativa. Para ajustar o tamanho e a posição do ímã, clique em Modelo 1, depois em Geometria 1, escolha o ímã de interesse e altere os valores de largura, profundidade, altura ou X, Y e Z.Ajuste a força do ímã clicando em Modelo 1 e, em seguida, em Campos magnéticos.

Escolha Conservação de Fluxo Magnético e altere a força do ímã em Magnetização. Aumente a força do ímã em um incremento de um vezes dez elevado a quatro amperes por metro e clique em Calcular. Depois de concluir o teste no modelo 2D, importe o modelo 3D das vias aéreas nasais para o software de rastreamento de partículas magnéticas.

Assim como feito para o modelo de nariz 2D, coloque quatro ímãs um milímetro acima do nariz e libere 3.000 partículas de 15 micrômetros de diâmetro de um ponto selecionado. Use o software de rastreamento de partículas magnéticas para rastrear trajetórias de partículas e calcular a eficiência da entrega olfativa seguindo procedimentos semelhantes mencionados anteriormente. Seguindo o mesmo procedimento de antes, ajuste o layout e a força do ímã no modelo 3D para melhorar a entrega desejada à região olfativa.

Por fim, teste o tamanho das partículas variando de um a 30 micrômetros para encontrar o tamanho de partícula correto para orientação magnetofarética ideal para a região olfativa. Os dispositivos nasais convencionais geralmente fornecem doses muito baixas de medicamentos para a região olfativa devido à estrutura complicada do nariz. Para a intubação vestibular, há um forte jedifato de liberação de partículas imediatamente a jusante do nasal.

Como esperado, mais partículas de drogas são entregues à região olfativa com intubação frontal do que traseira, para partículas de 150 nanômetros e um micrômetro. Para avaliar o desempenho da orientação magnetofarética, um canal de duas placas foi usado para encontrar a força do ímã de trabalho, seguido por um modelo de nariz 2D idealizado para encontrar um layout de ímã de linha de base e, em seguida, um modelo de nariz 3D baseado em imagem para testar o desempenho. A dosagem olfativa ideal vem de aerossóis na faixa de 13 a 17 micrômetros.

Uma vez dominada, essa técnica pode ser bem feita em dois dias, se conduzida corretamente. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar que os procedimentos podem ser mais demorados para geometrias complexas. Após este procedimento, outros métodos, como eletroorientação de partículas carregadas, também podem ser testados para responder se as partículas carregadas podem ser usadas para a entrega eficaz de medicamentos olfativos.

Após esse desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores no campo da administração de medicamentos direcionados explorarem o uso do campo magnético nos pulmões ou em outros órgãos. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como melhorar a administração de medicamentos e realizar simulações com Fluent e Comsol.