Genizden İnhale İlaç Aerosollerin Pasif ve Aktif Kontroller ile Modelleme ve Koku Drug Delivery Simülasyonlar

Bu metodolojinin genel amacı, görüntü tabanlı nazal hava yolu modellerinde ilaçların koku alma bölgesine verilmesi için farklı protokoller geliştirmektir. Bu yöntem, nörolojik ilaç dağıtımına saldırıda aşağıdakiler gibi temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir: Koku alma bölgesine yeterli doz vermenin mümkün olup olmadığı. Burundaki parçacık hareketleri nasıl kontrol edilir.

Koku hedefleme için en iyi uygulama nedir? Bu tekniğin temel avantajı, önemli ölçüde geliştirilmiş bir koku alma dozunun elde edilebilmesidir. Bu, burundan beyine ilaç iletimi için kritik bir adımdır.

Bu tekniğin anlamı beyin tümörlerinin tedavisine kadar uzanır. Çünkü koku alma bölgesinde biriken ilaç parçacıkları doğrudan beyne girebilir. Sağlıklı, sigara içmeyen 53 yaşında bir erkeğin, burun deliklerinden nazofarenkse kadar uzanan 1,5 milimetre aralıklı 72 koronal kesitten oluşan manyetik rezonans veya MR görüntülerini alarak başlayın.

Görüntüleme yazılımını açın ve Dosya, Görüntüleri İçe Aktar'a tıklayarak MR görüntülerini içe aktarın. MR görüntülerini seçin ve 3B modeli oluşturmak OK.To tıklayın, Segmentasyon'a ve ardından Eşik'e tıklayın. Gri tonlama aralığını eksi 1024 ile eksi 419 arasında ayarlamak için.

Segmentasyon'a tıklayın ve 3D'yi hesaplayın. Ardından, Segmentasyon ve Çoklu Çizgileri Hesapla'yı tıklayın. 3B gövdeyi seçin ve katı geometriyi tanımlayan çoklu çizgileri oluşturmak için Tamam'ı tıklatın.

Çoklu çizgileri bir IGES dosyası olarak dışa aktarın. Şimdi, model geliştirme yazılımını açın ve tıklayın fileto, İçe Aktar, ve IGES IGES dosyasını programa aktarmak için. Ardından, sağ paneldeki Kenar Komutu düğmesine tıklayın, Kenar Oluştur'a tıklayın ve düzgün konturları yeniden oluşturmak için NURBS'yi seçin.

Yüz Komutu düğmesine, ardından Form Yüzü'ne tıklayın. Kenarlardan bir yüzey oluşturmak için Tel Çerçeve'yi seçin. Tüm hava yolunu kaplayan tüm yüzeyleri oluşturmaya devam edin.

uvula, epiglottal kıvrım ve laringeal sinüs gibi nazal anatomik ayrıntıları koruyun. Nazal hava yolu modelini dışa aktarmak için Dosya, Dışa Aktar, IGES'e tıklayın. Ardından, ağ oluşturma yazılımını açın.

Nazal hava yolu modelini içe aktarmak için Dosya, Geometriyi İçe Aktar, Eski ve STEPIES'e tıklayın. Hava yolu yüzeylerini beş farklı bölgeye ayırmak için Parça Oluştur'a tıklayın: Nazal antre, nazal valv, konka bölgesi, koku alma ve nazofarenks. Mesh ve Global Mesh Setup'a tıklayarak hava yolu içinde hesaplamalı bir ağ oluşturun.

Maksimum ağ boyutunu 0,1 milimetre olarak belirtin ve Uygula'ya tıklayın. Son olarak, Compute Mesh, Prism Mesh'e tıklayarak yakın duvar bölgesine vücuda takılan bir ağ ekleyin. Katman sayısını beş, genişletme oranını ise 1,25 olarak belirtin ve Uygula'yı tıklatın.

Ön vestibüler entübasyon ile nazal modeli geliştirmek için model geliştirme yazılımını açarak başlayın. Ses Düzeyi'ni tıklayın, ardından nebulizatör kateterin konumunu burun deliği ucundan girişe beş milimetre içeriye değiştirmek için Kopyayı Taşı'yı tıklayın. Burun deliğine 150 nanometre parçacık bırakmak için Enjeksiyon'a tıklayın.

Ardından, burun içindeki partikül biriktirme oranlarını hesaplamak için sıvı simülasyon yazılımını açın. Hava yolu içindeki hava akışı alanını hesaplamak için, Tanımla, Modeller, Viskoz'a tıklayarak laminer akış modelini seçin ve ardından Viskoz Model altında Laminary'yi seçin. Parçacık hareketlerini izlemek için Ayrık Faz Modeli'ni seçin.

Ayrık Faz Modeli altında Saffman Kaldırma Kuvveti'ni işaretleyin, Rapor'a tıklayın ve ardından Örnek Yörüngeler'i seçin. Önceden tanımlanmış koku alma bölgesinde biriken parçacıkların sayısını bulmak için, Sınırlar altında Nazal'ı seçin ve Hesapla'ya tıklayın. Birikme hızını, biriken parçacık miktarının burun deliklerine giren parçacık miktarına oranı olarak hesaplayın.

Daha sonra, sırt vestibüler entübasyonu ile nazal modeli geliştirin. Ön kısımda yapılanla aynı prosedürü uygulayın. Ses Düzeyi'ni tıklayın, ardından nebulizatör kateterin konumunu arka burun deliğinden girişe beş milimetre doğru değiştirmek için Kopyayı Taşı'yı tıklayın.

Burun deliğine 150 nanometre parçacık bırakmak için Enjeksiyon'a tıklayın. Nebulizatör kateteri koku alma bölgesinin hemen altına yerleştirerek derin entübasyona devam edin. Nebulizatörden 150 nanometre parçacık serbest bırakın.

Vestibüler entübasyon için yapılana benzer prosedürleri izleyerek burun içindeki partikül biriktirme oranlarını hem toplam hem de lokal bazda hesaplamak için sıvı ve simülasyon yazılımı kullanın. Son olarak, sırasıyla nefes tutma ve nefes verme egzersizi yaparken derin entübasyonu tekrarlayın. Sınır Koşulu panelini açmak için Tanımla'yı ve ardından Sınır Koşulları'nı tıklayın.

Nefes tutmak için iki burun deliğinde sıfır hız belirtin. Burun deliklerinde 200 paskal vakum basıncı ve ekshalasyon için çıkışta sıfır basınç belirtin. Manyetik parçacık izleme yazılımını açarak başlayın.

İki plakalı kanalı oluşturmak için Geometri ve Dikdörtgen'e tıklayın. Mıknatısları iki plaka kanalının etrafına yerleştirmek için Dikdörtgen'e tıklayın. Model 1, Laminer Akış ve Giriş 1'e tıklayarak parçacık yörüngelerini ve biriktirme hızını hesaplayın.

Ardından, giriş hızını saniyede 0,5 metre olarak belirtin. Model 1, Manyetik Alanlar ve Manyetik Akı Korunumu'na tıklayın ve üç mıknatısın gücünü belirtin. Model 1, Akışkan akışı için Parçacık İzleme ve Parçacık Özellikleri'ne tıklayın.

Parçacık çapını ve yoğunluğunu belirtin, ardından 3.000 parçacığı serbest bırakmak için Giriş'e tıklayın ve parçacık bağıl geçirgenliğini belirtmek için Manyetoforetik Kuvvet ve Hesaplama'ya tıklayın. Seçili alanda kaç tane parçacık biriktiğini bulmak için, Sonuçlar'ı, 1B Çizim Grubu'nu ve Grafik'i tıklatın. Biriktirme hızını, belirli bir alanda biriken parçacık miktarının geometriye giren parçacık miktarına oranı olarak hesaplayın.

Ardından, mıknatısın gücünü ayarlamak için Model 1'e ve ardından Manyetik Alanlar'a tıklayın. Manyetik Akı Korunumu'nu seçin ve Mıknatıslanma altında mıknatıs gücünü değiştirin. Mıknatıs gücünü metre başına bir çarpı on ila dördüncü amper artışla artırın ve Hesapla'ya tıklayın.

Yakın zamanda elde edilen manyetik kuvvetleri, burnun bir milimetre üzerine üç mıknatıs koyarak 2D burun modeline uygulayarak başlayın. Mıknatısın boyutunu ve konumunu belirtmek için Model 1, Geometri 1'e tıklayın. Ardından, sol burun deliğine 3.000 parçacık bırakmak için Model 1, Sıvı Akışı için Parçacık İzleme ve Giriş'e tıklayın.

Parçacık boyutunu 15 mikrometre olarak belirtmek için Parçacık Özellikleri'ne tıklayın. Model 1, Laminer Akış ve Giriş 1'e tıklayarak parçacık yörüngelerini ve sonraki koku alma verimliliklerini simüle edin. Giriş hızını saniyede 0,5 metre olarak belirtin.

Model 1, Manyetik Alanlar ve Manyetik Akı Korunumu'na tıklayın ve üç mıknatısın gücünü belirtin. Son olarak, koku verme verimliliğini artırmak için mıknatıs düzenini ve gücünü ayarlayın. Mıknatısın boyutunu ve konumunu ayarlamak için Model 1'e, ardından Geometri 1'e tıklayın, ardından ilgilendiğiniz mıknatısı seçin ve genişlik, derinlik, yükseklik veya X, Y ve Z değerlerini değiştirin.

Manyetik Akı Korunumu'nu seçin ve Mıknatıslanma altında mıknatıs gücünü değiştirin. Mıknatıs gücünü metre başına on ila dördüncü amper arasında bir artışla artırın ve Hesapla'ya tıklayın. 2D modelde testi tamamladıktan sonra, 3D nazal hava yolu modelini manyetik parçacık izleme yazılımına aktarın.

Tıpkı 2D burun modelinde olduğu gibi, burnun bir milimetre üzerine dört mıknatıs koyun ve seçilen bir noktadan 15 mikrometre çapında 3.000 parçacık serbest bırakın. Parçacık yörüngelerini izlemek ve daha önce bahsedilen benzer prosedürleri izleyerek koku alma verimliliklerini hesaplamak için manyetik parçacık izleme yazılımı kullanın. Daha önce olduğu gibi aynı prosedürü izleyerek, koku alma bölgesine hedef iletimi iyileştirmek için 3D modeldeki mıknatıs düzenini ve gücünü ayarlayın.

Son olarak, koku alma bölgesine optimum manyetoforetik rehberlik için doğru parçacık boyutunu bulmak için bir ila 30 mikrometre arasında değişen parçacık boyutunu test edin. Konvansiyonel nazal cihazlar, burnun karmaşık yapısı nedeniyle genellikle koku alma bölgesine çok düşük dozda ilaçlar verir. Vestibüler entübasyon için, nazalın hemen aşağısında güçlü bir partikül salınımı jedifacti vardır.

Beklendiği gibi, hem 150 nanometre hem de bir mikrometre partiküller için ön entübasyon ile koku alma bölgesine arkaya göre daha fazla ilaç partikülü verilir. Manyetoforetik kılavuzluğun performansını değerlendirmek için, çalışma mıknatısı gücünü bulmak için iki plakalı bir kanal kullanıldı, ardından bir temel mıknatıs düzeni bulmak için idealize edilmiş bir 2D burun modeli ve ardından performansı test etmek için görüntü tabanlı bir 3D burun modeli kullanıldı. Optimal koku alma dozu, 13 ila 17 mikrometre aralığındaki aerosollerden gelir.

Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik uygun şekilde uygulanırsa iki gün içinde iyi bir şekilde yapılabilir. Bu yordamı denerken, karmaşık geometriler için yordamların daha fazla zaman alabileceğini unutmamak önemlidir. Bu prosedürü takiben, yüklü parçacıkların elektro rehberliği gibi diğer yöntemler de yüklü parçacıkların etkili koku alma ilacı iletimi için kullanılıp kullanılamayacağını yanıtlamak için test edilebilir.

Bu gelişmeden sonra, bu teknik, hedefe yönelik ilaç dağıtımı alanındaki araştırmacıların akciğerlerde veya diğer organlarda manyetik alan kullanımını keşfetmelerinin yolunu açtı. Bu videoyu izledikten sonra, ilaç dağıtımını nasıl iyileştireceğinizi ve Fluent ve Comsol ile simülasyonları nasıl yürüteceğinizi iyi anlamış olmalısınız.