Method Article

Modélisation et simulations de Olfactive Drug Delivery avec les contrôles passifs et actifs de inhalés par voie nasale pharmaceutiques Aérosols

DOI:

10.3791/53902

May 20th, 2016

In This Article

Summary

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Ce manuscrit passe en revue la modélisation et les simulations de différents protocoles d’administration de médicaments dans la région olfactive dans des modèles de voies respiratoires nasales basés sur l’image. Plusieurs modules logiciels sont utilisés pour développer le modèle de nez anatomiquement précis, générer un maillage informatique, simuler les flux d’air nasal et prédire le dépôt de particules dans la région olfactive.

Abstract

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Il existe de nombreux avantages de l'administration de médicaments directe nez-à-cerveau dans le traitement de troubles neurologiques. Cependant, son application est limitée par l'efficacité d'administration extrêmement faible (<1%) à la muqueuse olfactive qui se raccorde directement au cerveau. Il est crucial de développer des techniques de nouvelles pour fournir plus efficacement des médicaments neurologiques à la région olfactive. L'objectif de cette étude est de développer une plate-forme numérique pour simuler et améliorer la prestation olfactive intranasale de drogue. Une méthode d'image CFD couplé a été présenté que synthétisé le développement basé sur l'image modèle, maillage de qualité, simulation de fluide, et le suivi des particules magnétiques. Avec cette méthode, les performances de trois protocoles de livraison intranasale ont été évalués et comparés numériquement. Influences des manœuvres de respiration, la disposition de l'aimant, la force du champ magnétique, la position de libération du médicament, et la taille des particules sur le dosage olfactif ont également été numériquement étudiés.

De l'artimulations, nous avons constaté que la dose olfactive cliniquement significative (jusqu'à 45%) étaient réalisables en utilisant la combinaison de la mise en page de l'aimant et la libération du médicament sélectif. Une livraison 64 -fold supérieure de la dose a été prédit dans le cas des directives magnétophorétique par rapport au cas sans elle. Cependant, l'orientation précise des aérosols inhalés par voie nasale à la région olfactive reste difficile en raison de la nature instable du magnétophorèse, ainsi que la haute sensibilité du dosage olfactif PATIENT, device-, et les facteurs liés aux particules.

Introduction

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Les médicaments livrés à la région olfactive peut contourner le sang-cerveau-barrière et directement entrer dans le cerveau, conduisant à une absorption efficace et le début d'action rapide des médicaments 1,2. Cependant, les dispositifs nasaux conventionnels tels que des pompes nasales et sprays délivrent des doses extrêmement faibles de la région olfactive (<1%) par voie nasale 3,4. Il est principalement en raison de la structure complexe du nez humain qui est composé de passages, alambiquées étroites (figure 1). La région olfactive localise au- dessus du méat supérieur, où seulement une très petite fraction d'air inhalé peut ....

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Protocol

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Les images IRM ont été fournies par les Instituts Hamner pour les sciences de la santé et l'utilisation de ces images a été approuvé par l'Institutional Review Board Virginia Commonwealth University.

1. Image Based Airway Nasal Préparation

  1. Acquérir résonance magnétique (MR) des images d'un 53-year-old male non-fumeurs en bonne santé (poids 73 kg et la hauteur 173 cm) qui se composent de 72 sections coronales espacées de 1,5 mm couvrant part les narines du nasopharynx 4.
  2. Programme ouvert d'imagerie (par exemple, MIMETIQUES)
    1. Pour importer des images, cliquez ....

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Results

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Case de contrôle:
La figure 3 montre le champ de débit d' air et le dépôt des particules dans la voie nasale avec des dispositifs nasaux standard. Il montre clairement que le flux d' air de la narine avant est ventilé vers le passage supérieur et le flux d' air de la narine arrière est dirigée vers le plancher nasal (figure 3A). Les particules d'aérosol sont observées pour se déplacer plus rapidement dans les passages médians et plu.......

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Discussion

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Une méthode d'image CFD couplé a été présenté dans cette étude qui a incorporé le développement basé sur l'image modèle, maillage qualité, simulation de flux d'air, et le suivi des particules magnétiques. Plusieurs modules logiciels ont été mis en œuvre à cet objectif, qui comprenait des fonctions de segmentation d'images médicales, la reconstruction / maillage des modèles des voies respiratoires anatomiquement précises, et des simulations flux de particules. En utilisant cette méthode numérique, les per.......

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Disclosures

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Les auteurs rapportent aucun conflit d'intérêts dans ce travail.

Acknowledgements

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Cette étude a été financée par la Central Michigan University Innovative Research Grant P421071 et Early Career Grant P622911.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
MIMICS 13Materialise Inc, Ann Arbor, MId’images
MR GambitANSYS Inc, Canonsburg, Pennsylvanie ;Développement
ANSYS ICEMCFDANSYS Inc, Canonsburg, PA  ;Maillage
ANSYS FluentANSYS Inc, Canonsburg, Pennsylvanie ;des fluides et des particules
COMSOL MultiphsicsCOMSOL Inc, Burlington, MATraçage magnétique des
Segmentation de modèlesSimulation particules

References

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  1. Mistry, A., Stolnik, S., Illum, L. Nanoparticles for direct nose-to-brain delivery of drugs. Int. J. Pharm. 379 (1), 146-157 (2009).
  2. Alam, S., et al. Development and evaluation of thymoquinone-encapsulate....

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Olfactory Drug DeliveryNasal Aerosol SimulationMagnetic Particle TrackingImage Based CFDMagnetophoretic GuidanceIntranasal Delivery ProtocolsBreathing ManeuversParticle Size AnalysisNasal Airway ModelingDrug Deposition Rate

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