Modellazione e simulazioni di olfattiva Drug Delivery con i controlli passivi e attivi della nasale per via inalatoria farmaceutici Aerosol

Sommario

Questo manoscritto esamina la modellazione e le simulazioni di diversi protocolli per somministrare farmaci nella regione olfattiva in modelli di vie aeree nasali basati su immagini. Vengono utilizzati più moduli software per sviluppare il modello di naso anatomicamente accurato, generare mesh computazionali, simulare i flussi d'aria nasali e prevedere la deposizione di particelle nella regione olfattiva.

Abstract

Ci sono molti vantaggi di diretta drug delivery naso-cervello nel trattamento di disturbi neurologici. Tuttavia, la sua applicazione è limitata dalla bassissima efficienza di consegna (<1%) alla mucosa olfattiva che collega direttamente il cervello. E 'fondamentale per sviluppare nuove tecniche per somministrare farmaci neurologici in modo più efficace alla regione olfattiva. L'obiettivo di questo studio è quello di sviluppare una piattaforma numerico per simulare e migliorare la somministrazione di farmaci per via intranasale olfattiva. Un metodo di immagine-CFD accoppiato è stato presentato che sintetizzato lo sviluppo basato su immagini del modello, meshing qualità, simulazione dei fluidi, e il monitoraggio di particelle magnetiche. Con questo metodo, le prestazioni di tre protocolli di consegna intranasale sono state numericamente valutazione e il confronto. Influenze di manovre di respirazione, di layout magnetico, intensità del campo magnetico, di posizione di rilascio del farmaco, e le dimensioni delle particelle del dosaggio olfattiva sono stati anche numericamente studiati.

Dalle simulations, abbiamo scoperto che clinicamente significativo il dosaggio olfattiva (fino al 45%) sono stati fattibile utilizzando la combinazione di layout di magnete e rilascio del farmaco selettivo. A 64 fold più alta consegna del dosaggio era stato previsto nel caso con la guida magnetophoretic rispetto al caso senza di essa. Tuttavia, una guida precisa aerosol nasale inalatori nella regione olfattiva resta difficile a causa della natura instabile del magnetophoresis, così come l'elevata sensibilità del dosaggio olfattiva al-paziente, dispositivo- e fattori particelle legate.

Introduzione

I farmaci consegnati alla regione olfattiva in grado di bypassare il sangue-cervello barriera e direttamente entrare nel cervello, portando ad un assorbimento efficiente e insorgenza rapida azione dei farmaci ^1,2. Tuttavia, i dispositivi nasali convenzionali quali pompe nasali e spray erogare dosi estremamente basse alla regione olfattiva (<1%) per via nasale ^3,4. Si è dovuto principalmente alla struttura complessa del naso umano che è composto da strette, passaggi contorti (Figura 1). La regione olfattiva individua sopra il meato superiore, in cui solo una piccola frazione di aria inalata può raggiungere ^5,6. Inoltre....

Protocollo

Le immagini MRI sono stati forniti dagli Istituti Hamner per Scienze della Salute e l'utilizzo di queste immagini è stato approvato dalla revisione istituzionale bordo Virginia Commonwealth University.

1. Immagine-Based nasale Airway Preparazione

1. Acquisire la risonanza magnetica (MR) le immagini di un maschio sano non fumatori 53 anni (peso 73 kg e altezza 173 cm) che consistono di 72 coronali sezioni distanziati 1,5 millimetri a parte che copre le narici al rinofaringe ^4.
2. Aprire Imaging programma (ad esempio, MIMICS)
   1. Per importare immagini, fare clic su "File", "immag....

Risultati

Caso di controllo:
Figura 3 visualizza il campo del flusso d'aria e la deposizione delle particelle nelle vie aeree nasali con i dispositivi nasali standard. Essa mostra chiaramente che il flusso d'aria dalla narice anteriore è ventilato al passaggio superiore ed il flusso d'aria dalla narice posteriore è diretto verso il pavimento nasale (Figura 3A). Le particelle di aerosol sono osservate per muoversi più velocemente.......

Discussione

Un metodo di immagine-CFD accoppiato è stato presentato in questo studio che ha incorporato lo sviluppo basato su immagini del modello, meshing qualità, la simulazione del flusso d'aria, e il monitoraggio di particelle magnetiche. moduli software multipli sono stati attuati per questo scopo, che comprendeva le funzioni di segmentazione di immagini mediche, ricostruzione / mesh di modelli delle vie aeree anatomicamente accurati, e simulazioni di flusso di particelle. Usando questo metodo numerico, esibizioni di tre p.......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
MIMICS 13	Materialise Inc, Ann Arbor, MI	MR segmentazione dell'immagine
Gambit	ANSYS Inc, Canonsburg, PA	Sviluppo del
ANSYS ICEMCFD	ANSYS Inc, Canonsburg, PA	Meshing
ANSYS Fluent	ANSYS Inc, Canonsburg, PA		di fluidi e particelle
COMSOL Multiphsics	COMSOL Inc, Burlington, MA	Tracciamento

modelloSimulazione di particelle magnetiche