Modellierung und Simulation der olfaktorischen Drug Delivery mit passiven und aktiven Steuerung von Nasal Inhaled Pharmaceutical Aerosols

Xiuhua A. Si; Jinxiang Xi

doi:10.3791/53902

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Methodenartikel

Modellierung und Simulation der olfaktorischen Drug Delivery mit passiven und aktiven Steuerung von Nasal Inhaled Pharmaceutical Aerosols

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DOI:

10.3791/53902

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20. Mai 2016

Xiuhua A. Si¹ , Jinxiang Xi²

¹Department of Mechanical Engineering, California Baptist University, ²School of Engineering and Technology, Central Michigan University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Dieses Manuskript überprüft die Modellierung und Simulationen verschiedener Protokolle zur Verabreichung von Medikamenten an die olfaktorische Region in bildbasierten nasalen Atemwegsmodellen. Mehrere Softwaremodule werden verwendet, um das anatomisch genaue Nasenmodell zu entwickeln, ein rechnerisches Netz zu erstellen, Nasenluftströmungen zu simulieren und die Partikelablagerung im olfaktorischen Bereich vorherzusagen.

Zusammenfassung

Es gibt viele Vorteile der direkten Nase-an-Hirn-Arzneimittelabgabe bei der Behandlung von neurologischen Erkrankungen. Jedoch ist seine Anwendung durch die extrem geringe Lieferwirkungsgrad (<1%) auf die Riechschleimhaut beschränkt, die direkt in das Gehirn verbunden ist. Es ist wichtig, neue Techniken zu entwickeln neurologische Medikamente effektiver an das Riechfeld zu liefern. Das Ziel dieser Studie ist es, eine numerische Plattform zu entwickeln, die intranasale olfaktorischen Arzneimittelabgabe zu simulieren und zu verbessern. Ein gekoppelt Bild CFD-Methode wurde vorgestellt, der die bildbasierte Modellentwicklung, Qualitäts Vermaschung, Strömungssimulation und magnetische Partikel-Tracking-synthetisierte. Bei diesem Verfahren Leistungen von drei intranasale Verabreichung Protokolle wurden numerisch bewertet und verglichen. Einflüsse von Atemmanöver, Magnet-Layout, magnetische Feldstärke, Arzneimittelfreigabeposition, und der Partikelgröße auf die olfaktorische Dosierung wurden auch numerisch untersucht.

Von den simulations fanden wir, dass klinisch signifikante Geruchs Dosierung (bis zu 45%) waren möglich, die Kombination von Magnet Layout und selektiven Wirkstofffreisetzung verwenden. A 64 -fach höhere Abgabe der Dosierung wurde in dem Fall mit magnetophoretischen Führung im Vergleich zu dem Fall ohne vorhergesagt. Jedoch eine präzise Führung von nasal inhaliert Aerosole an das Riech bleibt aufgrund der instabilen Natur des Magnetophoresewirkung herausfordernd, sowie die hohe Empfindlichkeit der olfaktorischen Dosierung patienten, geräte- und partikelbezogenen Faktoren.

Einleitung

Drogen an das Riech geliefert wird, kann die Blut-Hirn-Schranke zu umgehen und direkt ins Gehirn gelangen, was zu einer effizienten Aufnahme und schnelles Handeln Beginn der Medikamente ^1,2. Jedoch konventionelle nasale Vorrichtungen wie nasal Pumpen und Sprays liefern extrem niedrige Dosen an das Riechfeld (<1%) über den nasalen Weg ^3,4. Es ist vor allem aufgrund der komplizierten Struktur der menschlichen Nase , die aus schmalen, gewundenen Durchgänge (Figur 1) zusammengesetzt ist. Die Riech ortet oberhalb der oberen Nasengang, wo nur ein sehr kleiner Bruchteil der eingeatmeten Luft ^5,6 erreichen kann. Weiterhin hän....