이 연구는 센트럴 미시간 대학 혁신 연구 그랜트 P421071과 초기 경력 그랜트 P622911에 의해 투자되었다.

건강 과학에 대한 Hamner 기관과 이러한 이미지의 사용으로 제공 한 MRI 이미지는 버지니아 커먼 웰스 대학 기관 검토위원회에 의해 승인되었다. 1. 이미지 기반 비강기도 준비 <ol><li> 자기 공명 (MR) (72) 관상 단면 구성 건강한 비 흡연 53 세 남성 (체중 73kg, 높이 173cm)의 이미지 떨어져 인두 4 콧 구멍에 걸쳐 1.5 mm 간격을 획득. </li><li> 열기 이미징 프로그램 (예를 들어, 모방) <ol><li> 이미지를 가져 오려면, &quot;파일&quot;, &quot;가져 오기 이미지&quot;를 클릭합니다. 자기 공명 이미지를 선택하고 &quot;확인&quot;을 클릭합니다. </li><li> 3-D 모델을 구축하기 위해, -1020과 -500 사이의 그레이 스케일 범위를 설정하는 &quot;분할&quot;다음 &quot;임계 값&quot;을 클릭합니다. &quot;분할&quot;, &quot;계산 3D&quot;를 클릭합니다. </li><li> &quot;분할&quot;과 &quot;폴리 라인을 계산 &#39;을 클릭합니다. 3 선택-D 몸, 그리고 솔리드 형상을 정의하는 폴리 라인을 생성하기 위해 &quot;확인&quot;을 클릭합니다. IGES 파일로 폴리 라인을 보냅니다. </li></ol></li><li> 오픈 모델 개발 소프트웨어 (예를 들어, 책략) <ol><li> 프로그램에 IGES 파일을 가져 &quot;파일&quot;, &quot;가져 오기&quot;, &quot;IGES&quot;를 클릭합니다. 오른쪽 패널에 &quot;에지 명령 단추&quot;를 클릭; &quot;에지 만들기&quot;부드러운 윤곽을 재구성하는 &quot;NURBS&quot;를 선택 클릭합니다. </li><li> &quot;얼굴 명령 단추&quot;를 클릭 한 다음 &quot;폼 얼굴&quot;을 클릭합니다. 가장자리에서 표면을 구축하는 &quot;와이어 프레임&quot;을 선택합니다. 전체기도를 커버 모든 표면을 구축하기 위해 계속합니다. 같은 목젖, epiglottal 배, 그리고 후두 동 (그림 1)과 코의 해부학 적 정보를 유지합니다. 비강기도의 모델을 내보낼 &quot;파일&quot;, &quot;수출&quot; &quot;IGES&quot;를 클릭합니다. </li></ol></li><li> 열기 메싱 소프트웨어 (예를 들어, ICEM CFD) <ol><li> &quot;파일을 클릭&quot;,&quot;가져 오기 기하학 &quot;,&quot;유산 &quot;과&quot;STEP / IES는 다섯 가지 영역으로기도 표면을 분할하는 &quot;부품 만들기&quot;를 참조하십시오. 클릭 비강기도 모델을 가져 &quot;코 현관, 코 밸브, 비갑개 지역, 후각, 그리고 인두. </li><li> 기도 내부 계산 메쉬를 생성하려면, &quot;메시&quot;, &quot;글로벌 메쉬 설정&quot;을 클릭합니다. 0.1 mm로, 최대의 메쉬 크기를 지정하고 &quot;적용&quot;을 클릭합니다. </li><li> 벽 근처 영역에서 신체 장착 메쉬를 추가하려면, &quot;계산 메시&quot;, &quot;프리즘 메시&quot;을 클릭합니다. 5와 같은 층의 수 및 1.25로 확장 비율을 지정하고 &quot;적용&quot;을 클릭합니다. </li></ol></li></ol> 입자의 2. 수동 제어 <ol><li> 전정 삽관 : 대 앞입니다. 뒤로 <ol><li> 앞 전정 기관 내 삽관과 코 모델을 개발하기 위해 모델 개발 소프트웨어를 엽니 다. 은 n의 위치를​​ 변경하려면 &quot;볼륨&quot;다음 &quot;이동 / 복사&quot;를 클릭합니다ebulizer 카테터 콧 구멍의 끝에서 현관에 5mm. 콧 구멍에 60,000 입자 (150 nm의) 해제 &quot;주사&quot;를 클릭합니다. </li><li> 코의 내부에 입자 증착 속도를 계산하기 위해 유체 시뮬레이션 소프트웨어 (예, ANSYS 유창함)를 연다. 기도 내부의 공기 흐름 필드를 계산하기 위해, &quot;점성&quot;, &quot;모델&quot;, &quot;정의&quot;를 클릭하여 층류 모델을 선택; &quot;점성 모델&quot;에서 &quot;층류&quot;를 선택했다. </li><li> 입자의 움직임을 추적하기 위해 &quot;개별 단계 모델&quot;을 선택합니다. &quot;개별 단계 모델&quot;에서 &quot;Saffman 리프트 포스&quot;를 확인합니다. &quot;보고서&quot;다음 &quot;샘플 궤적&quot;을 선택 클릭; &quot;경계&quot;에서 &quot;코&quot;를 선택하고 미리 정의 된 후각 영역에 퇴적 입자의 수​​를 찾기 위해 &quot;계산&quot;을 클릭합니다. 콧 들어가는 입자의 양에 증착 입자의 양의 비율로 증착 속도를 계산한다. </li><li> 단계를 반복합니다1 μm의 입자 2.1.2. </li><li> 단계 2.1.1을 따라 콧 구멍의 뒤쪽에서 현관에 분사 노즐을 5mm를 삽입합니다. 반복 단계 2.1.2, 2.1.3 및 150 nm의 입자 침착 속도를 계산. 1 μm의 입자 (백 삽관) 단계를 반복 2.1.4. </li></ol></li><li> 깊은 삽관 <ol><li> 바로 후각 영역 아래에있는 분무기 카테터를 삽입 절차 2.1.1을 따르십시오. 분무기에서 60,000 서브 마이크론 입자 (150 나노 미터)을 놓습니다. </li><li> 2.1.2에 열거 된 유사한 절차에 따라 양 및 총 로컬 기초하여 코의 내부 입자 증착 속도를 계산하기 위해 유체 시뮬레이션 소프트웨어를 사용한다. 1 μm의 입자에 대해이 절차를 반복합니다. </li><li> 각각 호흡-유지하고 호기를 운동하는 동안 위의 절차를 반복합니다. &quot;정의&quot;를 클릭 한 후 &quot;경계 조건은&quot;경계 조건 패널을 엽니 다. 호흡-유지를위한 두 개의 콧 구멍에서 0 속도를 지정합니다. 진공 콧 구멍에서 압력 (200 PA) 및 증발기의 출구에서 0 압력을 지정합니다. </li></ol></li></ol> 3. 활성 제어 : 자기 영동 안내 <ol><li> 두 접시 채널에서 테스트 <ol><li> 열기 자성 입자 추적 소프트웨어 (예를 들어, COMSOL). 두 판 채널을 구축하기 위해 &quot;형상&quot;및 &quot;직사각형&quot;을 클릭합니다. 두 판 채널 주위에 자석을 구축 &quot;직사각형&quot;을 클릭합니다. </li><li> 입자 궤도와 증착 속도를 계산한다. &quot;모델 1&quot;, &quot;층류&quot;와 &quot;입구 1&quot;을 클릭; 0.5 m / s의 등의 유입 속도를 지정합니다. &quot;모델 1&quot;, &quot;자기장&quot;및 &quot;자속 보존&quot;을 클릭 세 자석 (1 × 105 A / m)의 강도를 지정합니다. </li><li> &quot;모델 일을&quot;, &quot;입자 유체 흐름에 대한 추적&quot;및 &quot;입자 속성&quot;을 클릭; (1.7 입경 (~ 15㎛) 밀도를 지정할8g / cm 3). 3000 입자를 방출 &quot;입구&quot;를 클릭합니다. 입자 투자율 (50)를 지정, &quot;자기 영동 힘&quot;을 클릭합니다. &quot;계산&quot;을 클릭합니다. </li><li> &quot;결과&quot;, &quot;1 차원 플롯 그룹&quot;과 &quot;플롯&quot;를 클릭, 선택 영역에 증착 얼마나 많은 입자를 찾을 수 있습니다. 형상 들어가는 입자의 양을 특정 영역에 증착 입자의 양의 비율로 증착 속도를 계산한다. </li><li> 자석의 강도를 조정하려면 다음 &quot;자기장&quot; &quot;모델 1&quot;을 클릭합니다; &quot;자속 보호&quot;를 선택하고 &quot;자화&quot;에 자석 강도를 변경합니다. 1 × 104 A / m의 증가에 의해 자석의 강도를 높이고 &quot;계산&quot;을 클릭합니다. </li><li> 적절한 자석 배치가 후각 영역에 효과적인 약물 전달을 위해 얻어 질 때까지이 절차를 반복합니다. </li></ol></li><li> 2-D 이상화 코 모델에서 테스트 <ol><li> 코 위에 세 개의 자석을 1mm를 넣어 2-D 코 모델로 3.1에서 얻어진 자기의 강점을 적용합니다. 자석의 크기와 위치를 지정하는 &quot;모델 1&quot;, &quot;기하학 1&quot;을 클릭합니다. &quot;모델 일을&quot;클릭 &quot;입자 추적은 유체 흐름에 대한&quot;, &quot;입구는&quot;왼쪽 콧 구멍에 3,000 입자를 분리합니다. 15 μm의로 입자 크기를 지정하는 &quot;입자 속성&quot;을 클릭합니다. </li><li> 3.1.2에 열거 된 유사한 절차에 따라 입자 궤적 이후 후각 전달 효율 시뮬레이션. </li><li> 후각 전달 효율을 향상시키기 위해, 자석 레이아웃 및 강도를 조정한다. 자석의 크기와 위치를 조정하려면, &quot;모델 1&quot;다음 &quot;기하학 1&quot;버튼을 클릭; 관심 자석을 선택 폭, 깊이, 높이 또는 X, Y, Z의 값을 변경합니다. 자석의 강도를 조정 3.1.5을 따르십시오. </li></ol></li><li> 3-D 해부학 정확한 코 모델에서 테스트 <ol><li> 꼬마 도깨비오트 마그네틱 입자 추적 소프트웨어로 3 차원 비강기도의 모델입니다. 절차 3.2.1에 따라 네 개의 자석을 코 위에 1mm를 넣어 하나의 선택된 지점에서 직경 15 μm의 3,000 입자를 놓습니다. </li><li> 3.2.3 - 입자의 궤적을 추적하고 3.2.1에 나와있는 유사한 절차에 따라 후각 전달 효율을 계산하는 자기 입자 추적 소프트웨어를 사용합니다. </li><li> 3.2.3에 따라, 후각 영역에 표적 전달을 개선하기 위해 3 차원 모형에 자석 레이아웃 및 강도를 조절한다. </li><li> 1에서부터 시험 입경 - 30 μm의 후각 영역에 최적의 자기 영동 지침에 적합한 입자 크기를 찾을 수있다. </li></ol></li></ol>

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커플 화상 CFD 방법은 이미지 기반 모델 개발, 품질 맞물림 기류 시뮬레이션, 및 자성 입자 추적 혼입이 연구에서 제시되었다. 복수의 소프트웨어 모듈은 의료 영상 재구성 / 정확한 해부학기도 모델 맞물림 및 흐름 입자 시뮬레이션을 분할하는 기능을 포함 이러한 목적으로 실시 하였다. 이 수치 적 방법을 사용하여, 세 가지 비강 전달 프로토콜의 성능을 테스트하고 비교 하​​였다. 시험관 ?...

약물 1, 2의 효율적인 흡수와 빠른 액션 발병으로 이어지는, 혈액 - 뇌 장벽을 무시하고 직접 뇌를 입력 할 수 있습니다 후각 영역으로 전달되는 약물. 그러나, 비강 스프레이 펌프와 같은 종래의 코 장치는 비강 경로를 통하여 3,4- 후각 영역 (&lt;1 %) 매우 낮은 용량을 제공한다. 그것은 주로 기인 좁고 복잡한 통로 (도 1)으로 구성되는 인간의 코의 복잡한 구조이다. 후각 영역은 흡입 공기의 단지 매우 작은 부분 5,6 도달 할 수있는 뛰어난 봉소염, 상기 찾아. 또한, 종래의 흡입 장치는 표적 영역 (7)에 치료제를 운반하는 공기 역학적 힘에 의존한다. 석방 후 입자의 운동을 통해 더 이상 제어가 없습니다. 따라서 이러한 입자의 수​​송과 침착은 주로 초기 속도와 릴리스 위치에 따라 달라집니다. 정당한컨볼 비강 같은 입자 제어의 부족으로 약물 입자의 대부분은 전방 코 포획되고 후각 영역 (8)에 도달 할 수 없다. 코 장치의 많은 선택이 있지만, 그 특별히 설계된 대상으로 후각 전달을 위해 거의 7,9보고되지 않았다. 한 가지 예외는 후각-우선 전달 장치를 개발하고 코 강하를 사용하는 것이 아니라 쥐의 높은 피질 - 투 - 혈중 약물 농도를 보여 Hoekman과 호 10입니다. 그러나, 인간 쥐의 증착 결과를 확장하는 것은 이들 두 종 (11) 사이의 광대 한 해부학 적 생리 학적 차이를 고려하고, 간단하지 않다. 후각 배달 표준 비강 장치의 적응 버전을 사용할 때 많은 한계가 존재한다. 하나의 기본 후퇴는 약물의 매우 작은 부분이 약품이 들어갈 수되는 후각 점막으로 전달 될 수 있다는뇌. 수치 모델링은 비강 투여 나노 입자의 0.5 % 미만의 후각 영역 3,5- 예금 수 예측. 증착 속도는 마이크로 입자 (12) (0.007 %), 더 낮은 것이다. 코 - 투 - 뇌 전달 임상 실현하기 위해서는, 후각 증착 속도가 현저하게 개선되어야한다. 후각 전달을 개선하기 위해 몇 가지 접근법이 존재한다. 한 가지 방법은 하나의 영역에 증착 입자가 주로 입구에서 하나의 특정 영역으로부터다시피 Kleinstreuer 외. (13)에 의해 제안 된 스마트 흡입기 아이디어, 상기 입구 특정 지역에서만이를 해제하여 표적 부위에 입자를 제공 할 수있다 . 스마트 전달 기법은 종래의 방법보다 훨씬 더 효율적으로 폐 전달을 생성하는 것으로 나타났다. (13, 14)이이 스마트 전달 아이디어는 I에 비강 내 약물 전달에 적용될 수 있다는 가설후각 점막에 mprove의 용량. 콧 구멍의 오프닝에서와 비강 내의 다른 깊이에서 다른 위치로 입자를 방출함으로써, 후각 전달의 효율성과 전방 코 감소 약물 폐기물이 가능 개선. 또 다른 가능한 방법은, 적극적으로 전기적 또는 자기력 등 필드 힘의 다양한 사용하여 비강 내 입자의 움직임을 제어한다. 대전 입자의 전기 제어는 인간의 코와 폐 15-17 타겟팅 약물 전달을 위해 제안되었다. 사이 등의 등. (18)는 수치 적으로 대전 된 입자의 전기 지침의 성능을 테스트 크게 후각 용량을 향상 예측. 마찬가지로, 적절한 자기장 강자성 약물 입자의 지침은 후각 점막 입자를 타겟팅 할 수있는 잠재력을 갖는다. 흡입 에이전트의 행동은 강자성 경우, 적절한 자기 세력을 부과에 의해 변경 될 수 있습니다 <suP&gt; 19. 아가씨 등. (20)는 마우스의 폐에서 특정 영역에 강자성 입자를 대상으로 실제 있음을 보여 주었다. 초상 자성 산화철 나노 입자 치료제 포장으로 강한 자계의 영향을 받아 한 마우스의 폐에서의 증착이 상당히 다른 폐 (20)에 비해 증가했다. 입자가 구형 인 것으로 가정하고 직경을 150 nm 내지 30 ㎛ 내지 원거리 하였다. 지배 방정식은 21 : (1) <img alt="식 (1)" src="/files/ftp_upload/53902/53902eq1.jpg" /> 위의 방정식은 자기장에 배치하면 드래그 힘, 중력, Saffman 리프트 힘 (22), 나노 입자 브라운 힘, 및 자기 영동 힘에 의해 지배되는 입자의 움직임을 설명합니다. 여기서, V i는 입자 속도이고, U 난 τ P가 유속이다입자 응답 시간 C C는 커닝햄 보정 계수이며, α는 공기 / 입자 밀도의 비율이다. 효과적으로 후각 영역에 비내 투여 약물을 안내하기 위해,인가 된 힘은 자기 영동 입자의 관성력과 중력을 모두 극복 할 필요가있다. 본 연구에서는, 20 % 마그 헤 마이트의 합성 (γ-FE 2 O 3, 4.9 g / cm 3), 대략 1.78 g / ㎤의 밀도 및 50의 상대 투자율을 제공 활성제 가정 된 80 %. γ-FE 2 O 3의 선택은 낮은 독성 때문이다. 철 (3+) 이온은 널리 인간의 몸에서 발견하고 약간 더 높은 이온 농도는 유의 한 부작용 (23)가 발생하지 않습니다.

<table><tbody><tr><td>MIMICS 13</td><td>Materialise Inc, Ann Arbor, MI</td><td>MR image segmentation</td><td></td></tr><tr><td>Gambit</td><td>ANSYS Inc, Canonsburg, PA&amp;nbsp;</td><td>Model development</td><td></td></tr><tr><td>ANSYS ICEMCFD</td><td>ANSYS Inc, Canonsburg, PA&amp;nbsp;</td><td>Meshing</td><td></td></tr><tr><td>ANSYS Fluent</td><td>ANSYS Inc, Canonsburg, PA&amp;nbsp;</td><td>Fluid and particle simulation</td><td></td></tr><tr><td>COMSOL Multiphsics</td><td>COMSOL Inc, Burlington, MA</td><td>Magnetic particle tracing</td><td></td></tr></tbody></table>

modeling and simulations of olfactory drug delivery with passive and active controls of nasally inhaled pharmaceutical aerosols

신경 장애의 치료에 직접 코 대 뇌 약물 전달의 많은 이점이있다. 그러나, 그 애플리케이션은 직접 뇌에 연결 후각 점막 매우 낮은 전달 효율 (&lt;1 %)에 의해 제한된다. 또한 후각 영역에보다 효율적으로 신경 약물을 전달하기 위해 새로운 기술을 개발하는 것이 중요하다. 이 연구의 목적은 시뮬레이션 비강의 후각 약물 전달을 향상시킬 수있는 수치 플랫폼을 개발하는 것이다. 커플 화상 CFD 방법은 이미지 기반 모델 개발, 품질 맞물림 유체 시뮬레이션, 자성 입자 추적 synthetized 것을 제시 하였다. 이 방법으로, 세 가지 비강 전달 프로토콜의 성능 평가 수치와 비교 하​​였다. 호흡 기동 자석 레이아웃, 자기장 세기, 약물 방출 위치 및 후각 투여에 입경의 영향도를 수치 연구 하였다. 의 S에서imulations, 우리는 (45 %까지) 임상 적으로 유의 한 후각 투여 량은 자석 레이아웃 및 선택적 약물 방출의 조합을 사용하여 가능한 것으로 나타났다. 투여 량의 64 -fold 높은 전달은없는 경우에 비하여 자기 영동 가이던스 경우 예측 하였다. 그러나, 후각 영역 비강 흡입 에어로졸의 정확한 지침이 때문에 자기 영동의 불안정한 성질뿐만 아니라 후각하는 환자 - 투여 량 장치 -, 입자와 관련된 요인 고감도로 도전 남아있다.

제어 케이스 : 도 3 디스플레이 표준 비강 장치 비강기도에서 공기 흐름 필드 및 입자 증착. 그것은 명확하게 전면 콧 구멍에서 공기가 비강 바닥 (그림 3A)에 관한 것이다 뒤쪽 콧 구멍에서 상부 통로 및 공기 흐름에 통풍이되는 것을 알 수있다. 에어로졸 입자는 평균 유동 방향 에어로졸 정면 형성 벽 근처 빠르게 중간 통로에서 ?...

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Modeling and Simulations of Olfactory Drug Delivery with Passive and Active Controls of Nasally Inhaled Pharmaceutical Aerosols

This manuscript reviews the modeling and simulations of different protocols to deliver medications to the olfactory region in image-based nasal airway models. Multiple software modules are used to develop the anatomically accurate nose model, generate computational mesh, simulate nasal airflows, and predict particle deposition at the olfactory region.

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

There are many advantages of direct nose-to-brain drug delivery in the treatment of neurological disorders. However, its application is limited by the ...

modeling-simulations-olfactory-drug-delivery-with-passive-active

Research

JoVE Journal

Medicine

10.8K 조회수.  California Baptist University. This manuscript reviews the modeling and simulations of different protocols to deliver medications to the olfactory region in image-based nasal airway models. Multiple software modules are used to develop the anatomically accurate nose model, generate computational mesh, simulate nasal airflows, and predict particle deposition at the olfactory region. 

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Osmotic Drug Delivery to Ischemic Hindlimbs and Perfusion of Vasculature with Microfil for Micro-Computed Tomography Imaging

Preclinical research in animal models of peripheral arterial disease plays a vital role in testing the efficacy of therapeutic agents designed to stimulate microcirculation. The choice of delivery method for these agents is important because the route of administration profoundly affects the bioactivity and efficacy of these agents1,2. In this article, we demonstrate how to locally administer a substance in ischemic hindlimbs by using a catheterized osmotic pump. This pump can deliver a fixed volume of aqueous solution continuously for an allotted period of time. We also present our mouse model of unilateral hindlimb ischemia induced by ligation of the common femoral artery proximal to the origin of profunda femoris and epigastrica arteries in the left hindlimb. Lastly, we describe the in vivo cannulation and ligation of the infrarenal abdominal aorta and perfusion of the hindlimb vasculature with Microfil, a silicone radiopaque casting agent. Microfil can perfuse and fill the entire vascular bed (arterial and venous), and because we have ligated the major vascular conduit for exit, the agent can be retained in the vasculature for future ex vivo imaging with the use of small specimen micro-CT3.

We show here the in vivo insertion of an osmotic pump for constant local drug delivery and the creation of hindlimb ischemia in a mouse model. Moreover, the hindlimb vasculature is perfused with Microfil, a silicone radiopaque agent, to prepare for micro-computed tomography (micro-CT) imaging.

마이크로 컴퓨터 단층 촬영 영상에 대한 Microfil와 허혈성 뒷발과 혈관의 관류에 삼투의 약물 전달 (Drug Delivery)

Preclinical research in animal models of peripheral arterial disease plays a vital role in testing the efficacy of therapeutic agents designed to ...

연구

의학

Controlled Odor Mimic Permeation Systems for Olfactory Training and Field Testing

The Controlled Odor Mimic Permeation System (COMPS) was developed to provide a convenient field testing method of odor delivery at controlled and reproducible rates. COMPS are composed of an odorant of interest on an absorbent material sealed inside of a permeable polymer bag. The permeable layer allows for a constant release of the odorant over a given amount of time. The permeable bag is further stored in a secondary, impermeable bag. The double-containment procedure allows for equilibration of the odorant from the permeable bag but within the impermeable outer layer, resulting in an instant and reproducible source of odorant vapor upon removal from the outer packaging. COMPS are used in both olfactory testing for experimental scenarios and for olfactory detection training, such as with detection canines. COMPS can be used to contain a wide range of odorants (e.g., narcotics powders) and provide a controlled release of the associated odorants. Odor availability from COMPS is expressed in terms of permeation rate (i.e., the rate of the odorant vapor released from a COMPS per unit time) and is typically measured by gravimetric means. The permeation rate for a given mass or volume of odorant can be adjusted as needed by varying the bag thickness, surface area, and/or polymer type. The available odor concentration from a COMPS can also be measured by headspace analysis techniques such as solid phase microextraction with gas chromatography/mass spectrometry (SPME-GC/MS).

The Controlled Odor Mimic Permeation System is a simple, field-portable, low-cost method of odor delivery for olfactory testing and training. It is constructed of an odorant retained on an adsorbent material and contained inside of a permeable polymer bag allowing controlled release of the odorant vapor over time.

후각 훈련 및 현장 테스트를 위한 제어 된 냄새 모방 투과 시스템

The Controlled Odor Mimic Permeation System (COMPS) was developed to provide a convenient field testing method of odor delivery at controlled and ...

화학

Disposable Dosators for Pulmonary Insufflation of Therapeutic Agents to Small Animals

Development of new therapeutic products requires efficacy testing in an animal model. The pulmonary route of administration can be utilized to deliver drugs locally and systemically. Evaluation of dry powder aerosols necessitates an efficient dispersion mechanism to maintain high concentrations in an exposure chamber or for direct endotracheal administration. While solutions exist to expose animals by passive inhalation to dry powder aerosols, most require masses of powder in large excess of the dose delivered. This precludes conducting early feasibility studies as insufficient drug is available at the research or early development stage to support the dose delivery requirements for conventional aerosol delivery systems. When designing an aerosol drug product, aerodynamic performance can relate directly to delivery efficiency and efficacy. Dispersion of powder into an aerosol requires energy input sufficient to overcome interparticulate forces, and particle engineering approaches can substantially improve aerosol performance. We have developed a dispersion system (dosator) which can aerosolize engineered dry powder aerosols efficiently for the purpose of direct pulmonary insufflation, dispersion into an exposure system or generation for analytical purposes.

During development of drugs for pulmonary delivery, it is necessary to evaluate pharmacokinetics and efficacy in an animal model. We present a method to build a disposable aerosol dispersion system from of-the-shelf components that can be used to administer intrapulmonary dry powder aerosol to rodents.

작은 동물에 대한 치료제의 폐 통기를위한 일회용 Dosators

Development of new therapeutic products requires efficacy testing in an animal model. The pulmonary route of administration can be utilized to deliver ...

Dry Powder and Nebulized Aerosol Inhalation of Pharmaceuticals Delivered to Mice Using a Nose-only Exposure System

Obstructive respiratory diseases like asthma and chronic obstructive pulmonary disease (COPD) are currently treated by inhaled anti-inflammatory and bronchodilator drugs. Despite the availability of multiple treatments, both diseases are growing public health concerns. The majority of asthma patients are well controlled on current inhaled therapies but a substantial number of patients with severe asthma are not. Asthma affects an estimated 300 million people worldwide and approximately 20 percent have a severe form of the disease. In contrast to asthma, there are few effective therapies for COPD. An estimated 10% of the population has COPD and the trend in death rates is increasing for COPD while decreasing for other major diseases. Although developing drugs for inhaled delivery is challenging, the nose-only inhalation unit enables direct delivery of novel drugs to the lung of rodents for pre-clinical efficacy and safety/toxicology studies. Inhaled drug delivery has multiple advantages for respiratory diseases, where high concentration in the lung improves efficacy and minimizes systemic side effects. Inhaled corticosteroids and bronchodilators benefit from these advantages and inhaled delivery may also hold potential for future biologic therapies. The inhalation unit described herein can generate, sample for characterization, and uniformly deposit a drug aerosol in the lungs of rodents. This enables the pre-clinical determination of the efficacy and safety of drug doses deposited in the lungs of rodents, key data required before initiating clinical development.

The inhalation unit described herein can generate, sample for characterization, and uniformly deposit a drug aerosol in the lungs of rodents. This enables the pre-clinical determination of the efficacy and safety of drug doses deposited in the lungs; key data enabling clinical inhaled drug development.

Obstructive respiratory diseases like asthma and chronic obstructive pulmonary disease (COPD) are currently treated by inhaled anti-inflammatory and ...

Evaluating Regional Pulmonary Deposition using Patient-Specific 3D Printed Lung Models

Development of targeted therapies for pulmonary diseases is limited by the availability of preclinical testing methods with the ability to predict regional aerosol delivery. Leveraging 3D printing to generate patient-specific lung models, we outline the design of a high-throughput, in vitro experimental setup for quantifying lobular pulmonary deposition. This system is made with a combination of commercially available and 3D printed components and allows the flow rate through each lobe of the lung to be independently controlled. Delivery of fluorescent aerosols to each lobe is measured using fluorescence microscopy. This protocol has the potential to promote the growth of personalized medicine for respiratory diseases through its ability to model a wide range of patient demographics and disease states. Both the geometry of the 3D printed lung model and the air flow profile setting can be easily modulated to reflect clinical data for patients with varying age, race, and gender. Clinically relevant drug delivery devices, such as the endotracheal tube shown here, can be incorporated into the testing setup to more accurately predict a device&#8217;s capacity to target therapeutic delivery to a diseased region of the lung. The versatility of this experimental setup allows it to be customized to reflect a multitude of inhalation conditions, enhancing the rigor of preclinical therapeutic testing.

We present a high-throughput, in vitro method for quantifying regional pulmonary deposition at the lobe level using CT scan-derived, 3D printed lung models with tunable air flow profiles.

환자 별 3D 인쇄 폐 모델을 사용하여 지역 폐 증착 평가

Development of targeted therapies for pulmonary diseases is limited by the availability of preclinical testing methods with the ability to predict ...

생체공학

Real-time In Vitro Monitoring of Odorant Receptor Activation by an Odorant in the Vapor Phase

Olfactory perception begins with the interaction of odorants with odorant receptors (OR) expressed by olfactory sensory neurons (OSN). Odor recognition follows a combinatorial coding scheme, where one OR can be activated by a set of odorants and one odorant can activate a combination of ORs. Through such combinatorial coding, organisms can detect and discriminate between a myriad of volatile odor molecules. Thus, an odor at a given concentration can be described by an activation pattern of ORs, which is specific to each odor. In that sense, cracking the mechanisms that the brain uses to perceive odor requires the understanding odorant-OR interactions. This is why the olfaction community is committed to &#34;de-orphanize&#34;&#160;these receptors. Conventional in vitro systems used to identify odorant-OR interactions have utilized incubating cell media with odorant, which is distinct from the natural detection of odors via vapor odorants dissolution into nasal mucosa before interacting with ORs. Here, we describe a new method that allows for real-time monitoring of OR activation via vapor-phase odorants. Our method relies on measuring cAMP release by luminescence using the Glosensor assay. It bridges current gaps between in vivo and in vitro approaches and provides a basis for a biomimetic volatile chemical sensor.

Physiologically, odorant receptors are activated by odorant molecules inhaled in the vapor phase. However, most in vitro systems utilize liquid phase odorant stimulation. Here, we present a method that allows real-time in vitro monitoring of odorant receptor activation upon odorant stimulation in vapor phase.

실시간 체 외 Odorant 수용 체 활성화는 Odorant 수증기 단계에서의 모니터링

Olfactory perception begins with the interaction of odorants with odorant receptors (OR) expressed by olfactory sensory neurons (OSN). Odor recognition ...

신경과학

Novel Methods for Intranasal Administration Under Inhalation Anesthesia to Evaluate Nose-to-Brain Drug Delivery

Intranasal administration has been reported to be a potential pathway for nose-to-brain delivery of therapeutic agents that circumvents the blood-brain barrier. However, there have been few reports regarding not only the quantitative analysis but also optimal administration conditions and dosing regimens for investigations of nose-to-brain delivery. The limited progress in research on nose-to-brain pathway mechanisms using rodents represents a significant impediment in terms of designing nose-to-brain delivery systems for candidate drugs.
To gain some headway in this regard, we developed and evaluated two novel methods of stable intranasal administration under inhalation anesthesia for experimental animals. We also describe a method for the evaluation of drug distribution levels in the brain via the nose-to-brain pathway using radio-labeled [14C]-inulin (molecular weight: 5,000) as a model substrate of water-soluble macromolecules.
Initially, we developed a pipette-based intranasal administration protocol using temporarily openable masks, which enabled us to perform reliable administration to animals under stable anesthesia. Using this system, [14C]-inulin could be delivered to the brain with little experimental error.
We subsequently developed an intranasal administration protocol entailing reverse cannulation from the airway side through the esophagus, which was developed to minimize the effects of mucociliary clearance (MC). This technique led to significantly higher levels of [14C]-inulin, which was quantitatively detected in the olfactory bulb, cerebrum, and medulla oblongata, than the pipette method. This appears to be because retention of the drug solution in the nasal cavity was substantially increased by active administration using a syringe pump in a direction opposite to the MC into the nasal cavity.
In conclusion, the two methods of intranasal administration developed in this study can be expected to be extremely useful techniques for evaluating pharmacokinetics in rodents. The reverse cannulation method, in particular, could be useful for evaluating the full potential of nose-to-brain delivery of drug candidates.

Here, we describe two novel methods of stable intranasal administration under inhalation anesthesia with minimal physical stress for experimental animals. We also describe a method for quantitative evaluation of drug distribution levels in the brain via the nose-to-brain pathway using radiolabeled [14C]-inulin as a model substrate of water-soluble macromolecules.

Intranasal administration has been reported to be a potential pathway for nose-to-brain delivery of therapeutic agents that circumvents the blood-brain ...

냄새가 뇌 흥분성에 미치는 영향은 호흡 동기화 후각계로 평가되었습니다.

Combining a Breath-Synchronized Olfactometer with Brain Simulation to Study the Impact of Odors on Corticospinal Excitability and Effective Connectivity

It is widely accepted that olfactory stimulation elicits motor behaviors, such as approaching pleasant odorants and avoiding unpleasant ones, in animals and humans. Recently, studies using electroencephalography and transcranial magnetic stimulation (TMS) have demonstrated a strong link between processing in the olfactory system and activity in the motor cortex in humans. To better understand the interactions between the olfactory and the motor systems and to overcome some of the previous methodological limitations, we developed a new method combining an olfactometer that synchronizes the random order presentation of odorants with different hedonic values and the TMS (single- and dual-coil) triggering with nasal breathing phases. This method allows probing the modulations of corticospinal excitability and effective ipsilateral connectivity between the dorsolateral prefrontal cortex and the primary motor cortex that could occur during pleasant and unpleasant odor perception. The application of this method will allow for objectively discriminating the pleasantness value of an odorant in a given participant, indicating the biological impact of the odorant on brain effective connectivity and excitability. In addition, this could pave the way for clinical investigations in patients with neurological or neuropsychiatric disorders who may exhibit&#160;odor hedonic alterations and maladaptive approach-avoidance behaviors.

저자 스포트라이트: 피질척수 흥분성에 대한 후각적 영향 탐구 - 신경학 연구의 통찰력과 혁신 

This paper describes using a breath-synchronized olfactometer to trigger single- and dual-coil transcranial magnetic stimulation (TMS) during odorant presentation synchronized to human nasal breathing. This combination allows us to objectively investigate how pleasant and unpleasant odors impact corticospinal excitability and brain-effective connectivity in a given individual.

호흡 동기화 후각계와 뇌 시뮬레이션을 결합하여 냄새가 피질 척수 흥분성 및 효과적인 연결성에 미치는 영향을 연구합니다.

It is widely accepted that olfactory stimulation elicits motor behaviors, such as approaching pleasant odorants and avoiding unpleasant ones, in animals ...

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

요약

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이 비디오의 챕터

마이크로 컴퓨터 단층 촬영 영상에 대한 Microfil와 허혈성 뒷발과 혈관의 관류에 삼투의 약물 전달 (Drug Delivery)

후각 훈련 및 현장 테스트를 위한 제어 된 냄새 모방 투과 시스템

작은 동물에 대한 치료제의 폐 통기를위한 일회용 Dosators

Dry Powder and Nebulized Aerosol Inhalation of Pharmaceuticals Delivered to Mice Using a Nose-only Exposure System

환자 별 3D 인쇄 폐 모델을 사용하여 지역 폐 증착 평가

실시간 체 외 Odorant 수용 체 활성화는 Odorant 수증기 단계에서의 모니터링

Novel Methods for Intranasal Administration Under Inhalation Anesthesia to Evaluate Nose-to-Brain Drug Delivery

호흡 동기화 후각계와 뇌 시뮬레이션을 결합하여 냄새가 피질 척수 흥분성 및 효과적인 연결성에 미치는 영향을 연구합니다.

호흡 동기화 후각계와 뇌 시뮬레이션을 결합하여 냄새가 피질 척수 흥분성 및 효과적인 연결성에 미치는 영향을 연구합니다.

호흡 동기화 후각계와 뇌 시뮬레이션을 결합하여 냄새가 피질 척수 흥분성 및 효과적인 연결성에 미치는 영향을 연구합니다.