Name: Avaliação do depoimento pulmonar regional usando modelos pulmonares impressos 3D específicos do paciente (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-11-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 56 s
Description: Aprenda a quantificar a deposição pulmonar regional usando modelos pulmonares impressos em 3D derivados de tomografias computadorizadas de pacientes. Esta técnica permite prever a eficácia de terapias pulmonares direcionadas antes dos ensaios clínicos.

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Os autores agradecem ao Professor Yu Feng, Dr. Jenna Briddell, Ian Woodward e Lucas Attia por suas discussões úteis.

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<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>
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<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>

Os autores não têm nada a revelar.

O dispositivo de última geração atual para testes farmacêuticos pulmonares de uma dose completa de inalação é o Next Generator Impactor (NGI), que mede o diâmetro aerodinâmico de um aerossol4. Esses dados de dimensionamento são então usados para prever a geração pulmonar na qual o aerossol será depositado com base em uma correlação desenvolvida para um homem adulto saudável11. Infelizmente, este método é limitado em sua capacidade de avaliar diferenças na deposição pulmonar...

Muitas doenças pulmonares, como câncer de pulmão e doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC) apresentam diferenças regionais nas características da doença; no entanto, faltam técnicas terapêuticas disponíveis para direcionar o fornecimento de medicamentos apenas para regiões doentes do pulmão1. Múltiplos modelos de dinâmica de fluidos computacionais (CFD) demonstraram que é possível modular perfis de deposição de medicamentos identificando aerodinâmicas específicas no pulmão2,3. O desenvolvimento de inaladores e adaptadores de tubos endotraqueais (ET) com capacidades regionais de segmentação estão em andamento em nosso laboratório para controlar a distribuição de aerossol para regiões pulmonares doentes. A extensão desses princípios ao uso clínico é limitada pela capacidade atual de teste pré-clínico. A localização precisa que uma droga deposita dentro do pulmão é conhecida por ser o melhor preditor de eficácia; no entanto, as avaliações farmacêuticas atuais de terapêutica inalável são mais frequentemente previstas usando correlações in vitro-in vivo do tamanho das partículas para deposição meramente aproximada4. Esta técnica não permite que qualquer análise espacial determine os efeitos de diferentes geometrias das vias aéreas na distribuição regional através dos vários lóbulos do pulmão. Além disso, este teste carece de geometrias pulmonares anatomicamente precisas, que os pesquisadores mostraram que podem ter um impacto significativo nos perfis de depoimento5. Alguns esforços foram feitos para incorporar geometrias pulmonares específicas do paciente em protocolos de teste através da adição das vias aéreas superiores; no entanto, a maioria dessas abordagens amostra a entrega de aerossol para várias gerações do pulmão em vez de cada lobo pulmonar6,7,8. O protocolo a seguir apresenta um método de alta produtividade de geração de modelos pulmonares específicos do paciente com a capacidade de quantificar a deposição relativa de partículas em cada um dos cinco lóbulos do pulmão9.
Os pulmões modelo anatomicamente precisos são gerados por tomografia computadorizada (TC) computada pelo paciente de impressão 3D. Quando usado em conjunto com um sistema de fluxo facilmente montado, as taxas de fluxo relativo através de cada um dos lóbulos do pulmão modelo podem ser controladas independentemente e adaptadas para imitar as de diferentes estados demográficos e/ou doenças do paciente. Com este método, os pesquisadores podem testar a eficácia de métodos terapêuticos potenciais em uma geometria pulmonar relevante e correlacionar o desempenho de cada método com a progressão da morfologia doente. Aqui, dois projetos de dispositivos desenvolvidos em nosso laboratório são testados para sua capacidade de aumentar a deposição em um lobo pulmonar desejado, controlando a localização da liberação de aerossol na boca ou traqueia. Este protocolo também tem o potencial de impactar significativamente o desenvolvimento de procedimentos personalizados para os pacientes, facilitando a rápida previsão da eficácia do tratamento em um modelo pulmonar específico aos dados de tomografia computadorizada daquele paciente.

<table><tbody><tr><td>Encaixe de Tubo Farpado de Plástico 1/4"</td><td>McMaster Carr</td><td>5372K111</td><td></td></tr><tr><td>10 um Papel de Filtro</td><td>Fisher</td><td>1093-110</td><td></td></tr><tr><td>1um Partículas de Poliestireno Fluorescente</td><td>Polysciences</td><td>15702-10</td><td></td></tr><tr><td>1um Partículas de Poliestireno Não Fluorescente</td><td>Polysciences</td><td>8226</td><td></td></tr><tr><td>2-Propanol</td><td>Fisher</td><td>A516-4</td><td>Referido para no protocolo como "IPA"</td></tr> <tr><td>3/8 "Encaixe de tubo farpado de plástico</td><td>McMaster Carr</td><td>5372K117</td><td></td></tr><tr><td>Medidor de fluxo de ar (1 - 280 mL / min)</td> <td>McMaster Carr</td><td>41695K32</td><td>Referido no protocolo como "medidor de vazão"</td></tr> <tr><td>Impressora 3D Carbon M1</td><td>Carbon 3D</td><td></td><td>https://www.carbon3d.com/, Software associado referido no protocolo como "software de fatiamento"</td></tr> <tr><td>Collison Nebulizador a jato</td><td>CH Technologies</td><td>ARGCNB0008 (CN-25)</td><td>6 Colisão horizontal estilo Jet MRE com frasco de vidro, referido no protocolo como "nebulizador", Forno de</td></tr><tr><td>convecção</td> http://chtechusa.com/Manuals/MRE_Collison_Manual.pdf <td>Yamato</td><td>DKN602</td><td></td></tr><tr><td>Controlador de fluxo crítico Copley TPK2000 Reve 120V</td><td>MSP Corp</td><td>0001-01-9810</td><td>Referido no protocolo como "controlador de fluxo"</td></tr><tr><td>Bomba de Alta Capacidade Copley Modelo HCP5</td><td>MSP Corp</td><td>0001-01-9982</td><td>Referido no protocolo como "bomba de vácuo"</td></tr> <tr><td>Cytation</td><td>BioTek</td><td>CYT5MPV</td><td>Espectrofotômetro Multifuncional / Imageador Fluorescente equipado com objetivas 4x / 20x / 40x e cubos de laser / filtro DAPI / GFP / TexasRed</td></tr><tr><td>EPU40 Resina</td><td>Carbono 3D</td><td></td><td>https://www.carbon3d.com/materials/epu-elastomeric-polyurethane/, referido no protocolo como "resina macia"</td></tr><tr><td>Filtro para bomba de vácuo</td> Medidor de vazão <td>Whatman</td><td>6722-5000</td><td></td></tr><tr><td>Modelo DFM 2000</td><td>MSP Corp</td><td>0001-01-8764</td><td>Referido no protocolo como "medidor de vazão eletrônico"</td></tr><tr><td>ImageJ Software</td><td>ImageJ</td><td></td><td>https://imagej.nih.gov/ij/download.html</td></tr><tr><td>Válvula de Controle de Fluxo de Ar Inline (Push-to-Connect)</td><td>McMaster Carr</td><td>62005K333</td><td>Referido no protocolo como "válvula"</td></tr><tr><td>Dispositivos de Filtro Inline</td><td>Whatman</td><td>WHA67225000</td><td></td></tr><tr><td>Folha de Contraplacado de Grau Marítimo</td><td>McMaster Carr</td><td>62005K333</td><td>Referido no protocolo como "placa de madeira"</td></tr><tr><td>Materialize Imita Software</td><td>Materialize</td><td></td><td>https://www.materialise.com/en/medical/mimics-innovation-suite, referido no protocolo como "software de tomografia computadorizada"</td></tr> <tr><td>Software Meshmixer</td><td>Autodesk</td><td></td><td>http://www.meshmixer.com/, referido no protocolo como "software de edição de malha"</td></tr> <tr><td>Metanol</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>Referido no protocolo como "forno UV"</td></tr><tr><td>PR25 Resina</td><td>Carbono 3D</td><td></td><td>https://www.carbon3d.com/materials/uma-urethanemethacrylate, /Referido no protocolo como "resina dura"</td></tr><tr><td>Tubo de PVC para Produtos Químicos</td><td>McMaster Carr</td><td>5231K161</td><td>Parafusos</td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr> ID de 1/4" <tr><td>Software SolidWorks</td><td>Dassault Syst&egrave; mes&nbsp; SolidWorks Corporation</td><td></td><td>https://www.solidworks.com/, referido no protocolo como "software de modelagem 3D"</td></tr> <tr><td>Coletor retangular de fluxo reto</td><td>McMaster Carr</td><td>1125T31</td><td></td></tr><tr><td>Tubulação para controlador de fluxo</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>

avaliação do depoimento pulmonar regional usando modelos pulmonares impressos 3d específicos do paciente

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

O desenvolvimento de terapias-alvo para doenças pulmonares é limitado pela disponibilidade de métodos de teste pré-clínicos com a capacidade de prever a entrega de aerossol regional. Aproveitando a impressão 3D para gerar modelos pulmonares específicos do paciente, descrevemos o design de uma configuração experimental in vitro de alta produtividade para quantificar a deposição pulmonar lobular. Este sistema é feito com uma combinação de componentes comercialmente disponíveis e impressos em 3D e permite que a taxa de fluxo através de cada lobo do pulmão seja controlada independentemente. A entrega de aerossóis fluorescentes em cada lobo é medida por meio de microscopia de fluorescência. Este protocolo tem o potencial de promover o crescimento da medicina personalizada para doenças respiratórias através de sua capacidade de modelar uma ampla gama de estados demográficos e doenças dos pacientes. Tanto a geometria do modelo pulmonar impresso em 3D quanto a configuração do perfil de fluxo de ar podem ser facilmente moduladas para refletir dados clínicos para pacientes com idade, raça e gênero variados. Dispositivos de entrega de medicamentos clinicamente relevantes, como o tubo endotraqueal mostrado aqui, podem ser incorporados à configuração de testes para prever com mais precisão a capacidade de um dispositivo de direcionar o parto terapêutico para uma região doente do pulmão. A versatilidade desta configuração experimental permite que ela seja personalizada para refletir uma infinidade de condições de inalação, aumentando o rigor dos testes terapêuticos pré-clínicos.

Partículas nesta faixa de tamanho (1-5 μm) e condições de fluxo (1-10 L/min) seguem as linhas de fluxo de fluidos com base tanto no número teórico de Stokes quanto nos dados in vivo; portanto, na ausência de um dispositivo de entrega direcionado, espera-se que as partículas liberadas no modelo pulmonar sejam depositadas de acordo com a porcentagem do fluxo de ar total desviado para cada lobo. As quantidades relativas de entrega de partículas para cada lobo podem então ser comparadas aos dados da taxa de fluxo do lobo clí...

Apresentamos um método in vitro de alta produtividade para quantificar a deposição pulmonar regional no nível do lóbulo usando modelos pulmonares impressos em 3D derivados da tomografia computadorizada com perfis de fluxo de ar tunable.

Avaliação do depoimento pulmonar regional usando modelos pulmonares impressos 3D específicos do paciente

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

Este protocolo tem o potencial de impulsionar o desenvolvimento de novas terapias pulmonares direcionadas, permitindo as previsões pré-clínicas de deposição regional. Essa técnica incorpora modelos pulmonares anatomicamente precisos, impressos em 3D a partir de tomografias computadorizadas do paciente para a rápida geração de resultados preditivos personalizados sobre a eficácia de possíveis tratamentos. Essa técnica pode ser usada para desenvolver terapias direcionadas que minimizam os efeitos fora do alvo para doenças caracterizadas por obstruções de áreas regionais, como câncer de pulmão ou DPOC.Depois de imprimir os componentes experimentais e concluir o pós-processamento de acordo com as instruções do fabricante, lave cuidadosamente as peças impressas em resina macia com álcool isopropílico de pelo menos 99% de pureza para remover qualquer excesso de resina não curada antes de curar termicamente as peças em um forno de convecção por oito horas de acordo com as especificações do fabricante. Em seguida, lave as peças impressas em resina dura com o álcool para remover qualquer excesso de resina não curada e catalise as peças em um forno UV por um minuto de cada lado. Para o conju

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioengenharia

Usando extrusão de plástico moderno e tecnologias de impressão, agora é possível de forma rápida e barata de produzir modelos físicos de dados de raios-X CT tomadas em um laboratório. A impressão tridimensional de tomografia de dados é uma visualização poderosa, pesquisa e ferramenta educacional que pode agora ser acessado pela comunidade de imagem pré-clínica.

Impressão 3D de pré-clínica de raios-X tomografia computadorizada de Conjuntos de Dados

Apresentamos um modelo tridimensional (3D) de câncer de pulmão baseado em um andaime de colágeno biológico para estudar a sensibilidade a terapias direcionadas ao câncer de pulmão de células não pequenas (NSCLC). Demonstramos diferentes técnicas de leitura para determinar o índice de proliferação, apoptose e status de transição epitelial-mesenquimal (EMT). Os dados coletados são integrados em um modelo in silico para previsão da sensibilidade aos medicamentos.

A Tissue Combinada 3D Engineered<em&gt; In Vitro</em&gt; /<em&gt; In Silico</em&gt; Modelo de tumor de pulmão para prever a eficácia da droga em fundos específicos de mutação

Aqui, apresentamos um protocolo para a preparação de fatias de cheias de agarose humano pulmão de precisão de corte de tecido ressecado de pacientes que são adequados para a geração de culturas de tecido de pulmão 3D para doenças de pulmão humano modelo em estudos biológicos e biomédicos.

Geração de culturas de tecido de pulmão humano de 3D (3D-CTIs) para modelagem de doença

Este artigo descreve a geração de um modelo de camundongo ortotópico de mesotelioma pleural humano a implantação de células mesotelioma H2052/484 na cavidade pleural de camundongos atímicos imunocomprometidos. O monitoramento longitudinal do desenvolvimento de tumores intrapleural foi avaliado por imagens multimodais não invasivas [18F]-2-fluoro-2-deoxy-D-glucose positron e imagens de tomografia computadorizada.

Implantação e monitoramento por PET/CT de um modelo ortotópico de mesotelioma pleural humano em camundongos atímicos

O artigo descreve a diferenciação direcionada de células-tronco pluripotentes induzidas a organoides pulmonares inteiros tridimensionais contendo células pulmonares epiteliais proximais e disais, juntamente com mesenchyme.

Geração de organoides pulmonares 3D inteiros de células-tronco pluripotentes induzidas para modelagem da biologia e doença do desenvolvimento pulmonar

Aqui, um novo método de estabelecer um modelo personalizado impresso em 3D para avaliação pré-operatória de cirurgia de tireoide é proposto. É propício à discussão pré-operatória, reduzindo a dificuldade da cirurgia de tireoide.

Um Modelo Personalizado Impresso em 3D para Avaliação Pré-Operatória em Cirurgia de Tireoide

O objetivo deste estudo é desenvolver um novo modelo digital 3D de nódulos pulmonares que sirva como ponte de comunicação entre médicos e pacientes e seja também uma ferramenta de ponta para avaliação pré-diagnóstica e prognóstica.

Modelo Digital 3D para Diagnóstico e Tratamento de Nódulos Pulmonares

Este estudo introduz um método de reconstrução tridimensional (3D) para todo o pulmão em pacientes com nódulos pulmonares múltiplos precoces. Oferece uma visualização abrangente da distribuição dos nódulos e sua interação com o tecido pulmonar, simplificando a avaliação do diagnóstico e prognóstico desses pacientes.

Reconstrução Tridimensional de Todo o Pulmão com Múltiplos Nódulos Pulmonares Precoces

O pulmão funcional tridimensional (3D) resolvido em fase (PREFUL) é uma técnica de ressonância magnética (RM) funcional que permite quantificar a ventilação regional de todo o volume pulmonar humano, usando respiração corrente e aquisição livre de contraste por 8 min. Aqui, apresentamos um protocolo de RM para coletar e analisar dados de imagem 3D PREFUL.

Imagem de ressonância magnética funcional resolvida fase tridimensional do pulmão

Aqui, apresentamos um protocolo para utilizar a microtomografia computadorizada (micro-CT) para quantificar regiões ventiladas em um modelo de fibrose pulmonar unilateral induzida por bleomicina por instilação intratraqueal no lado lesional.

Análise unilateral do volume pulmonar usando micro-CT para avaliação aprimorada da fibrose pulmonar em modelos pré-clínicos

Aprenda a quantificar a deposição pulmonar regional usando modelos pulmonares impressos em 3D derivados de tomografias computadorizadas de pacientes. Esta técnica permite prever a eficácia de terapias pulmonares direcionadas antes dos ensaios clínicos.

Avaliação do depoimento pulmonar regional usando modelos pulmonares impressos 3D específicos do paciente

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