비강 흡입은 제약 에어로졸의 수동 및 능동 제어 모델링 및 강한 약물 전달의 시뮬레이션

이 방법론의 전반적인 목표는 이미지 기반 비강 기도 모델에서 후각 영역에 약물을 전달하기 위한 다양한 프로토콜을 개발하는 것입니다. 이 방법은 다음과 같은 신경학적 약물 전달을 공격하는 데 있어 다음과 같은 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 코의 입자 움직임을 제어하는 방법.

후각 타겟팅을 위한 모범 사례는 무엇입니까? 이 기술의 주요 장점은 현저하게 향상된 후각 복용량을 얻을 수 있다는 것입니다. 이것은 코에서 뇌로의 약물 전달을 위한 중요한 단계입니다.

이 기술의 의미는 뇌종양 치료로 확장됩니다. 후각 영역에 침착된 약물 입자가 뇌에 직접 들어갈 수 있기 때문입니다. 콧구멍에서 비인두까지 1.5mm 간격으로 72개의 관상 동맥 단면으로 구성된 건강한 비흡연 53세 남성의 자기 공명 또는 MR 이미지를 획득하는 것으로 시작합니다.

이미징 소프트웨어를 열고 File(파일), Import Images(이미지 가져오기)를 클릭하여 MR 이미지를 가져옵니다. MR 이미지를 선택하고 클릭하여 3D 모델을 구성 OK.To 다음 세분화를 클릭한 다음 임계값을 클릭합니다. 음수 1024와 음수 419 사이의 회색조 범위를 설정합니다.

세분화를 클릭하고 3D를 계산합니다. 그런 다음 Segmentation(세분화)과 Calculate Polylines(폴리라인 계산)를 클릭합니다. 3D 본체를 선택하고 확인을 클릭하여 솔리드 형상을 정의하는 폴리선을 생성합니다.

폴리선을 IGES 파일로 내보냅니다. 이제 모델 개발 소프트웨어를 열고 파일, 가져오기 및 IGES를 클릭하여 IGES 파일을 프로그램으로 가져옵니다. 그런 다음 오른쪽 패널에서 가장자리 명령 버튼을 클릭하고 가장자리 만들기를 클릭한 다음 NURBS를 선택하여 부드러운 윤곽을 재구성합니다.

Face Command 버튼을 클릭한 다음 Form Face를 클릭합니다. 와이어 프레임을 선택하여 모서리에서 표면을 작성합니다. 전체 기도를 덮는 모든 표면을 계속 구축하십시오.

목젖, 후두개 주름 및 후두 동과 같은 비강 해부학적 세부 사항을 유지합니다. 파일, 내보내기, IGES를 클릭하여 비강 기도 모델을 내보냅니다. 그런 다음 메싱 소프트웨어를 엽니다.

파일, Import Geometry, Legacy 및 STEPIES를 클릭하여 비강 기도 모델을 가져옵니다. 부품 작성을 클릭하여 기도 표면을 5개의 다른 영역, 즉 비강 전정, 비강 판막, 비갑개 영역, 후각 및 비인두로 나눕니다. Mesh(메시)를 클릭하고 Global Mesh Setup(글로벌 메시 설정)을 클릭하여 기도 내부에 계산 메시를 생성합니다.

최대 메쉬 크기를 0.1mm로 지정하고 적용을 클릭합니다. 마지막으로, Compute Mesh, Prism Mesh를 클릭하여 near wall 영역에 몸에 맞춘 메시를 추가합니다. 레이어 수를 5로 지정하고 확장 비율을 1.25로 지정한 다음 적용을 클릭합니다.

먼저 모델 개발 소프트웨어를 열어 전방 전정 삽관을 통한 코 모델을 개발합니다. Volume(볼륨)을 클릭한 다음 Move Copy(사본 이동)를 클릭하여 콧구멍 끝에서 전정으로 5mm 떨어진 분무기 카테터의 위치를 변경합니다. 주입을 클릭하면 150나노미터의 입자가 콧구멍으로 방출됩니다.

그런 다음 유체 시뮬레이션 소프트웨어를 열어 코 내부의 입자 증착 속도를 계산합니다. 기도 내부의 기류 자기장을 계산하려면 정의(Define), 모델(Models), 점성(Viscous)을 클릭하여 층류 모델을 선택한 다음 점성 모델(Viscous Model)에서 층류(Laminar)를 선택합니다. 입자 모션을 추적하려면 불연속 위상 모델을 선택합니다.

Discrete Phase Model(불연속 위상 모델)에서 Saffman Lift Force(사프만 양력)를 확인하고 Report(보고서)를 클릭한 다음 Sample Trajectories(샘플 궤적)를 선택합니다. 사전 정의된 후각 영역에 침전된 입자의 수를 확인하려면 Boundaries(경계)에서 Nasal(비음)을 선택하고 Compute(계산)를 클릭합니다. 증착 속도를 콧구멍으로 들어가는 입자의 양에 대한 침전된 입자의 양의 비율로 계산합니다.

다음으로, 뒤쪽 전정 삽관을 사용하여 비강 모델을 개발합니다. 앞면과 동일한 절차를 수행합니다. Volume(볼륨)을 클릭한 다음 Move Copy(사본 이동)를 클릭하여 뒤쪽 콧구멍에서 현관으로 5mm 떨어진 곳에 있는 분무기 카테터의 위치를 변경합니다.

주입을 클릭하면 150나노미터의 입자가 콧구멍으로 방출됩니다. 후각 부위 바로 아래에 분무기 카테터를 삽입하여 깊은 삽관을 진행합니다. 분무기에서 150나노미터의 입자를 방출합니다.

유체 및 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 전정 삽관에 대해 수행된 것과 유사한 절차에 따라 전체 및 국소 기저 모두에서 코 내부의 입자 증착 속도를 계산합니다. 마지막으로, 각각 숨참기와 날숨을 운동하면서 깊은 삽관을 반복합니다. 정의(Define)를 클릭한 다음 경계 조건(Boundary Conditions)을 클릭하여 경계 조건(Boundary Condition) 패널을 엽니다.

숨을 참기 위해 두 콧구멍에서 속도를 0으로 지정합니다. 콧구멍에서 200파스칼의 진공 압력을 지정하고 날숨을 위한 배출구에서 압력을 0으로 지정합니다. 먼저 자기 입자 추적 소프트웨어를 엽니다.

Geometry와 Rectangle을 클릭하여 두 개의 플레이트 채널을 만듭니다. 사각형을 클릭하여 두 플레이트 채널 주위에 자석을 만듭니다. Model 1, Laminar Flow 및 Inlet 1을 클릭하여 입자 궤적과 증착 속도를 계산합니다.

그런 다음 입구 속도를 초당 0.5미터로 지정합니다. 모델 1, 자기장 및 자속 보존을 클릭하고 세 자석의 강도를 지정합니다. 모델 1, 유체 흐름에 대한 입자 추적 및 입자 속성을 클릭합니다.

입자 지름과 밀도를 지정한 다음 Inlet을 클릭하여 3, 000개의 입자를 해제하고 입자 상대 투과성을 지정하려면 Magnetophoretic Force 및 Compute를 클릭합니다. 선택한 영역에 얼마나 많은 입자가 침전되고 있는지 확인하려면 결과, 1D 플롯 그룹 및 플롯을 클릭합니다. 증착 속도를 특정 영역에 증착된 입자의 양과 형상에 유입되는 입자의 양의 비율로 계산합니다.

그런 다음 자석의 강도를 조정하려면 모델 1을 클릭한 다음 자기장을 클릭합니다. Magnetic Flux Conservation(자속 보존)을 선택하고 Magnetization(자화)에서 자석 강도를 변경합니다. 자석 강도를 1 곱하기 10씩 증가시켜 미터당 4번째 암페어로 늘리고 Compute(계산)를 클릭합니다.

먼저 최근에 얻은 자기 강도를 코 위 1mm 위치에 3개의 자석을 배치하여 2D 코 모델에 적용합니다. 모델 1, 형상 1을 클릭하여 자석의 크기와 위치를 지정합니다. 그런 다음 모델 1, 유체 흐름에 대한 입자 추적 및 흡입구를 클릭하여 3,000개의 입자를 왼쪽 콧구멍으로 방출합니다.

Particle Properties(입자 속성)를 클릭하여 입자 크기를 15마이크로미터로 지정합니다. 입자 궤적과 그에 따른 후각 전달 효율을 Model 1, Laminar Flow 및 Inlet 1을 클릭하여 시뮬레이션합니다. 입구 속도를 초당 0.5미터로 지정합니다.

모델 1, 자기장 및 자속 보존을 클릭하고 세 자석의 강도를 지정합니다. 마지막으로 자석 레이아웃과 강도를 조정하여 후각 전달 효율을 향상시킵니다. 자석의 크기와 위치를 조정하려면 모델 1, 지오메트리 1을 차례로 클릭한 다음 관심 자석을 선택하고 너비, 깊이, 높이 또는 X, Y 및 Z의 값을 변경합니다. 모델 1을 클릭한 다음 자기장을 클릭하여 자석 강도를 조정합니다.

Magnetic Flux Conservation(자속 보존)을 선택하고 Magnetization(자화)에서 자석 강도를 변경합니다. 자석 강도를 1 곱하기 10씩 증가시켜 미터당 4번째 암페어를 늘리고 계산을 클릭합니다. 2D 모델에서 테스트를 완료한 후 3D 비강 기도 모델을 자분 추적 소프트웨어로 가져옵니다.

2D 코 모형을 위해 했던 것과 같이, 코 위에 4개의 자석을 1mm 두고, 1개의 선정한 점에서 15 마이크로미터 직경의 3개의 000의 입자를 풀어 놓으십시오. 자기 입자 추적 소프트웨어를 사용하여 앞서 언급한 유사한 절차에 따라 입자 궤적을 추적하고 후각 전달 효율을 계산할 수 있습니다. 이전과 동일한 절차에 따라 3D 모델에서 자석 레이아웃과 강도를 조정하여 후각 영역으로의 목표 전달을 개선합니다.

마지막으로, 1에서 30마이크로미터 범위의 입자 크기를 테스트하여 후각 영역에 대한 최적의 자기단속 안내에 적합한 입자 크기를 찾습니다. 기존의 비강 장치는 코의 복잡한 구조로 인해 후각 부위에 매우 적은 양의 약물을 전달하는 경우가 많습니다. 전정 삽관의 경우, 코의 바로 하류에서 입자가 방출되는 강력한 제디팩트가 있습니다.

예상대로, 150 나노미터와 1 마이크로미터 입자 모두에 대해 뒤쪽보다 앞쪽 삽관을 통해 더 많은 약물 입자가 후각 영역으로 전달됩니다. 자기단식 유도의 성능을 평가하기 위해 2판 채널을 사용하여 작동 자석 강도를 찾은 다음, 이상적인 2D 노즈 모델을 사용하여 기준선 자석 레이아웃을 찾은 다음, 이미지 기반 3D 노즈 모델을 사용하여 성능을 테스트했습니다. 최적의 후각량은 13-17 마이크로 미터 범위의 에어로졸에서 비롯됩니다.

일단 숙달되면, 이 기술은 적절하게 수행한다면 이틀 안에 잘 할 수 있다. 이 절차를 시도하는 동안 복잡한 형상의 경우 절차에 더 많은 시간이 소요될 수 있음을 기억하는 것이 중요합니다. 이 절차에 따라 하전 입자의 전기 유도와 같은 다른 방법도 테스트하여 하전 입자가 효과적인 후각 약물 전달에 사용될 수 있는지 여부를 확인할 수 있습니다.

이 개발 이후, 이 기술은 표적 약물 전달 분야의 연구자들이 폐 또는 기타 장기의 자기장 사용을 탐구할 수 있는 길을 열었습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 Fluent 및 Comsol을 사용하여 약물 전달을 개선하고 시뮬레이션을 수행하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.