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

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 conjunto da tampa de saída do lóbulo, insira uma extremidade da base de conexão do tubo farpado oval na tampa antes de esticar cuidadosamente a tampa flexível sobre a outra extremidade da base oval, tomando cuidado especial para não rachar a base fina e com o bico saliente através da abertura na base da tampa.

Em seguida, corte o papel de filtro de 10 microlitros em um tamanho ligeiramente maior que a área de saída e dobre o papel de filtro sobre a saída do lóbulo, segurando o papel no lugar com uma mão. Em seguida, use uma pinça na outra mão, para esticar a tampa com a conexão do tubo farpado sobre a saída e pressione a tampa para baixo até que o entalhe corresponda ao entalhe correspondente na saída do lóbulo. Antes de cada execução experimental, conecte cada saída de lóbulo do modelo de pulmão à tubulação do medidor de vazão e da válvula correspondentes, tomando cuidado para não aplicar muita pressão lateral à conexão da tubulação farpada.

Conecte o medidor de vazão eletrônico à entrada da boca do modelo de pulmão para medir a taxa de fluxo de ar total para o modelo de pulmão e ligue o controlador de fluxo e a bomba de vácuo. No controlador de fluxo, selecione a configuração de configuração de teste e aumente lentamente a vazão até que o medidor de vazão eletrônico exiba a vazão total desejada. Use as válvulas para ajustar a taxa de fluxo através dos lobos pulmonares superior direito, médio direito, inferior direito, superior esquerdo e inferior esquerdo.

Uma vez que as taxas de fluxo de carga mostradas nos medidores de vazão estejam estáveis no valor desejado, verifique a vazão geral novamente no medidor de vazão eletrônico para verificar se não há vazamentos no sistema. Em seguida, saia da configuração de teste no controlador de fluxo deixando a bomba de vácuo ligada. Para administração de aerossol ao modelo de pulmão, encha um nebulizador com uma solução das partículas fluorescentes desejadas e conecte o nebulizador à entrada do modelo de pulmão.

Para medir a eficácia do dispositivo de direcionamento, insira o dispositivo no modelo de pulmão e conecte o nebulizador ao dispositivo. Conecte a linha de ar compactada ao nebulizador. Defina o controlador de fluxo para funcionar por um teste de dez segundos e abra ligeiramente a válvula de ar comprimido para começar a gerar um aerossol dentro do nebulizador.

Pressione start no controlador de fluxo e abra imediatamente a válvula de ar comprimido totalmente. Quando o controlador de fluxo atingir cerca de nove segundos, comece a fechar a válvula de ar comprimido e feche o caixilho da capela o máximo possível. Assim que a válvula estiver totalmente fechada, desconecte o nebulizador da linha de ar comprimida.

Feche totalmente o caixilho da hotte, desligue a bomba de vácuo e deixe os aerossóis saírem da hotte. Após cerca de 10 minutos, desconecte o modelo de pulmão do sistema de tubulação, tomando cuidado para não rachar as conexões da tubulação farpada e passe uma pinça sob a borda de cada tampa de saída do lóbulo para remover as tampas das saídas. Em seguida, transfira o papel de filtro de cada tampa para poços individuais de uma placa de 24 poços com o lado voltado para baixo.

Quando todo o papel de filtro tiver sido coletado, coloque a placa no stage de um microscópio de fluorescência digital e ajuste o microscópio para uma ampliação de 4X e o canal de fluorescência apropriado. Em seguida, tire pelo menos três imagens do papel de filtro de cada lóbulo em locais aleatórios e salve as imagens como arquivos TIF. Sob condições de coleta de um litro por minuto em um pulmão saudável, terminado junto com a DPOC, o perfil de deposição determinado experimentalmente não é estatisticamente diferente dos dados clínicos que demonstram que a configuração imita com precisão a distribuição do fluxo de ar para cada um dos lobos pulmonares.

Em comparação com o perfil de deposição de partículas não direcionadas, o uso de um tubo endotraqueal modificado gera um aumento de quase quatro vezes na entrega do lobo inferior esquerdo. Além de desviar mais de 96% das partículas entregues para o pulmão esquerdo. Alterando a configuração do local de liberação para atingir o lobo inferior direito, este dispositivo gera mais do que o dobro da entrega de partículas para o lobo direito e desvia 94% das partículas entregues para o pulmão direito.

Em comparação com o perfil de deposição de partículas não direcionadas, o dispositivo de cilindro concêntrico causa um aumento de quase três vezes na entrega do lobo superior esquerdo, além de desviar mais de 87% das partículas entregues para o pulmão esquerdo. A eficiência do direcionamento também pode ser observada qualitativamente comparando as imagens do filtro de lóbulo alvo com os outros filtros de saída. Conforme ilustrado, o método de direcionamento mais eficaz produzirá uma alta deposição de partículas no lóbulo de interesse pretendido e uma baixa deposição nas saídas de lóbulo restantes.

É essencial certificar-se de que os componentes estejam conectados corretamente para evitar vazamentos dentro do sistema, pois os vazamentos afetarão os resultados da deposição. Este protocolo permite que os pesquisadores testem potenciais dispositivos de administração de medicamentos para atingir regiões específicas do pulmão antes de ensaios clínicos, reduzindo o custo associado ao desenvolvimento de medicamentos e aumento da eficácia em pacientes humanos.