저자들은 유펑 교수, 제나 브리델 박사, 이안 우드워드, 루카스 아티아 교수에게 도움이 되는 토론에 감사드립니다.

1. 3D 인쇄 실험 부품의 준비
참고: 프로토콜에 사용되는 모든 소프트웨어는 재료 표에표시됩니다. 또한 활용되는 슬라이싱 소프트웨어는 재료 표에나열된 3D 프린터에 특정합니다. 그러나 이 프로토콜은 광범위한 스테레오리소그래피(SLA) 3D 프린터로 확장할 수 있습니다.
<ol><li>환자 CT 스캔을 3D 개체(.stl 파일)로 변환합니다. 참고: 이러한 연구에서 사용되는 특정 폐 모델의 기하학적 특징에 대한 보다 자세한 설명은 Feng 외5를참조하십시오.<ol>
<li>CT 스캔 소프트웨어를 사용하여 CT 스캔을 3D 개체로 렌더링합니다(재료 표참조). CT 스캔을 열고 -800에서 -1000 범위의 설정이 있는 임계값 도구를 사용하여 영공에서 마스크를 만듭니다. 3D 미리 보기 도구를 사용하여 3D 렌더링을 보고 개체(파일| 내보내기는.stl 파일로 내보냅니다.</li>
		<li>파일을 메시 편집 소프트웨어로 가져오기(재료 표참조), 선택 도구를 사용하여 들쭉날쭉한 피쳐를 제거합니다(조각| 브러쉬: "수축/매끄러운" | 속성: 강도 (50), 크기 (10), 깊이 (0)). 표면을 부드럽게(Ctrl +a | 변형 | 부드러운 | 스무딩(0.2), 스무딩 스케일 (1)).</li>
		<li>메시 편집 소프트웨어에서 이러한 개체의 벽을2mm(Ctrl+A | 확장합니다. | 편집 오프셋)을허용하고 벽만 유지되도록 내부 개체가 비어 있는 상태로 유지되도록 합니다. 오브젝트슬라이스(| 선택 | 편집 평면 절단)기관에서 입구를 형성하고 개체가 각 로브에 분기하는 세대 2 또는 3에서 콘센트를 만들 수 있습니다(그림 1A). 참고: 재료 표에 나열된 3D 프린터 제조업체에서 지정한 허용 가능한 피쳐 크기에 따라 2mm의 두께가 선택되었습니다. 이 두께는 모델의 내부 형상이 유지되는 경우 사용 가능한 3D 프린터의 사양에 따라 조정할 수 있습니다.</li>
	</ol></li>
	<li>환자 폐 모델 출구 형상을 수정하여 재료 표에 나열된 이전에 설계된 로브 콘센트 캡 구성요소(그림 1B, C)와호환되도록 합니다.<ol>
<li>내부에 CT 스캔을 복제하는 3D 객체를 가져오면 벽 두께가 2mm이며 입구및 콘센트에서 3D 모델링 소프트웨어(재료 표참조)로 열립니다(자료 표 참조)로 솔리드 바디(Open| 메시 파일 | 옵션 | 솔리드 바디).</li>
		<li>각 콘센트의 면을 기반으로 평면만들기(삽입 | 참조 형상 | 평면). 접합 도구를 사용하여 평면의 스케치에서 콘센트의 내부 벽과 외부 벽을추적합니다(스케치 | 스프라인).</li>
		<li>모델의 내부 및 외부 벽에 연결하는 실린더(OD 18.5mm, ID 12.5mm, H 15.15mm)를 로프트하여 각 로브에서 균일하게 콘센트를 확장합니다(특징| 로프트 보스/베이스). 캡과 일치하도록 콘센트 가장자리 주위에 노치를추가합니다(특징 | 압출 컷 | 오프셋). 참고:캡(도 1D)은콘센트의 치수를 일치시키고 모델 콘센트의 노치와 상호 연결되는 선반을 갖는 중공 실린더입니다. 캡의 한쪽 끝은 ID가 부품의 나머지 부분보다 작도록 차단되어, 이것은 가시 튜브연결(도 1E)주위에단단히 끼울 수 있도록 한다. 가시 튜브 연결은 가시 콘 모양으로 바빙이 캡의 개구부를 통해 잘 어울리지만 나머지 부분은 그렇지 않으므로 튜브 연결이 캡에 단단히 맞도록 합니다. 따라서 캡은 가시 튜브 연결과 폐 모델(도1F, G)에모두 밀접하게 맞습니다.</li>
		<li>원하는 실험 조건에 따라 폐 모델의 입구를 수정합니다. 목과 글로탈 부위는 스스로 호흡할 수 있는 환자를 모방하기 위해 포함될 수있다(도 1B). 기관 위의 영역은 환기 기밀에 관관된 환자를 모방하기 위해 압출 된 컷을 사용하여 제거 할 수 있습니다(특징 | 압출 컷)(도 1C).</li>
	</ol></li>
	<li>3D 프린터 제조업체에서 제공하는 슬라이싱 소프트웨어의 실험 구성 요소를 방향과 지원합니다.<ol>
<li>3D 부품 파일을 3D 프린터 슬라이싱 소프트웨어로 가져오고 적절한 수지를 선택합니다. 단단한 수지를 사용하여 폐 모델과 가시 튜브 연결을 인쇄하고 부드러운 수지로 캡을 인쇄합니다. 참고: 캡인쇄에 사용되는 수지에는 로브 콘센트 위로 뻗어 밀폐 씰을 만들 수 있도록 탄성 특성이 있어야 합니다.</li>
		<li>"섬"과 발명되지 않은 볼륨이 최소화될 수 있도록 부품 방향을 설정합니다. 폐 모델에 가장 적합한 방향은 인쇄 플랫폼에서 멀리 향하는 로브 콘센트입니다. 가시 튜브 연결과 캡 모두 인쇄 플랫폼을 향한 더 넓은 부분을 확보하십시오. 참고: 개별 슬라이스를 볼 수 있으며 부품의 본문에 연결되지 않고 슬라이스에 처음 나타나는 부품의 "섬"의 모양을 확인할 수 있습니다. 검토 함수는 사용되지 않은 볼륨이 있는 슬라이스를 확인하는 데 사용할 수 있으며, 인쇄 하는 동안 처리되지 않은 수지가 부품 내부에 갇힐 수 있는 영역입니다. "섬"과 발명되지 않은 볼륨 모두 인쇄 품질을 저하시키고 인쇄 실패로 이어질 수 있습니다.</li>
		<li>각 슬라이스를 개별적으로 보고 부품의 나머지 "섬"과 상당한 오버행이 있는 영역에 지원을 추가합니다. 인쇄의 슬라이스를 내보내고 보고 모든 영역이 제대로 지원되는지 확인합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>제조업체 지침에 따라 실험 구성 요소를 인쇄하고 완전한 후처리를 완료합니다. 참고: 아래에 설명된 모든 후처리 단계는 재료 표에나열된 3D 프린터에 만릅니다. 대체 프린터 나 재료를 활용하는 경우 제조업체 지침을 반영하도록 다음 단계를 조정합니다.<ol>
<li>소프트 수지로 인쇄된 부품의 경우 제조업체 사양에 따라 8시간 동안 대류 오븐에서 과도한 경화되지 않은 수지 및 열 경화를 제거하기 위해 ≥99% 순도 이소프로필 알코올(IPA)으로 세척하십시오. 참고: 부드러운 수지로 인쇄된 부품은 인쇄 직후 매우 섬세할 수 있으므로 청소 단계에서는 특별한 주의를 기울여야 합니다. IPA에 노출은 부품 분해를 방지하기 위해 재료의 용매 노출 제한 이하로 유지되어야 합니다.</li>
		<li>단단한 수지로 인쇄된 부품의 경우 IPA로 세척하여 과도한 경화되지 않은 수지와 UV 오븐(5-10mW/cm2의365nm 라이트)에서 1분 동안 치료하십시오. 참고: 3D 인쇄 된 복제본의 정확도를 평가하기 위해 인쇄 된 부품의 μCT 스캔 및 CT 스캔 소프트웨어를 사용하여 원래 3D 렌더링과 3D 인쇄 복제본 사이의 변형을 정량적으로 비교하는 것이 좋습니다.</li>
	</ol></li>
</ol>2. 유량 제어를 위한 튜브 시스템 조립
<ol><li>나사 1/4" 가시 튜브 피팅은 6포트(그림2A-6)와3/8" 가시 튜브를 나머지 포트에 장착하여 매니폴드 의 측면에 끼어 있습니다.</li>
	<li>원하는 길이로 1/4"튜브를 자르고 푸시 투 커넥트 밸브(그림2A-5)의각 끝에 삽입합니다. 각 밸브를 매니폴드에 삽입된 1/4" 피팅 중 하나에 부착합니다.</li>
	<li>각 밸브의 다른 쪽 끝에 유량계(그림2A-4)를연결합니다.</li>
	<li>매니폴드의 싱글 3/8" 피팅이 보드 가장자리를 지나 확장될 수 있도록 튜브 시스템을 나무 판 위에 놓습니다. 제자리에 고정하려면 나무 판의 측면에 두 개의 나사를 추가하고 와이어를 사용하여 나사에 매니폴드를 부착하십시오.</li>
	<li>각 밸브와 유량계 주위에 배치된 4개의 나사를 추가하고 와이어를 사용하여 각각의 나사를 나무 판에 고정시합니다(그림2E).</li>
	<li>3/8인치 ID 튜브의 약 6"를 사용하여 매니폴드를 인라인 0.1 μm 모공 크기 진공 등급 필터에 연결합니다. 필터의 다른 끝을 3/8인치 ID 튜브의 6"을 사용하여 흐름 컨트롤러에 연결 참고: 튜빙 시스템은 한 번만 조립하면 됩니다.</li>
</ol>3. 환자 폐 모델로 로브 콘센트 캡의 조립
참고: 프로토콜의 이 부분은 모든 실험 실행 전에 완료되어야 합니다.
<ol><li>캡 베이스의 개구부를 통해 노즐이 튀어나와 캡에 가시 튜브 연결을 삽입합니다. 먼저 타원형 가시 튜브 연결 베이스의 한쪽 끝을 캡에 삽입합니다. 그런 다음 타원형 베이스의 다른 쪽 끝에 유연한 캡을 조심스럽게 스트레칭하여 얇은 베이스를 깨지 않도록 특별한주의를 기울입니다. 참고: 새로 인쇄된 캡은 원하는 것보다 딱딱할 수 있으며 캡 내부를 따라 두 손가락을 실행하여 뻗을 수 있습니다.</li>
	<li>10 μm 필터 용지를 잘라 콘센트 영역보다 약간 큽수 있도록 합니다. 필터 용지를 로브 콘센트 위에 접어 한 손으로 제자리에 고정합니다.</li>
	<li>반면에 핀셋을 사용하여 콘센트 위에 가시 튜브 연결을 사용하여 캡을 늘이시합니다. 캡의 노치가 로브 콘센트의 해당 노치와 일치할 때까지 캡을 아래로 누릅니다(그림2C). 참고: 이 단계에서 필터 용지를 리핑하면 결과가 무효화될 수 있으므로 캡을 콘센트에 누를 때 과도한 힘을 피하기 위해 특별한 주의를 기울여야 합니다.</li>
	<li>남은 모든 로브콘센트(그림 2D)에대해 반복합니다.</li>
</ol>4. 임상적으로 관련된 공기 흐름 프로파일의 생성
참고: 프로토콜의 이 부분은 모든 실험 실행 전에 완료되어야 합니다.
<ol><li>각 폐 모델 로브 콘센트를 해당 유량 계측기 및 밸브의 튜브에 연결하여 가시 튜브 연결에 너무 많은 측면 압력을 가하지 않도록 주의하십시오. 폐 모델에 대한 총 공기 유량을 측정하기 위해 전자 유량계를 폐 모델 입 입구에 부착합니다.</li>
	<li>유동컨트롤러(그림 2A-7)및 진공 펌프(그림2A-8)를켭니다. 유량 컨트롤러에"테스트 설정"설정을 선택하고 전자 유량 계가 원하는 총 유량을 표시할 때까지 유량을 천천히 늘립니다.</li>
	<li>밸브(도 2E-5)를사용하여 오른쪽 위어(RU), 오른쪽 중간(RM), 오른쪽 하부(RL), 왼쪽 어퍼(LU), 왼쪽 하부(LL) 등 5개의 폐로를 통해 유량을 조절한다. 유량계에 표시된 로브 유량(도2E-4)이원하는 값으로 안정되면 전자 유량 계에 다시 전체 유량으로 확인하여 시스템에 누출이 없는지 확인합니다.<ol>
<li>총 유량에 불일치가 있는 경우 유량 컨트롤러를 사용하여 유량을 낮추고 모든 밸브를 완전히 열린 구성으로 설정하고 4.2 및 4.3 단계를 반복합니다. 참고: 여기서 제시된 결과는 Sul et al.10에 의해 보고된 데이터를 기반으로 공기 흐름 단면도를 사용하여 얻어졌다. 10 이 로바 흐름 분획은 각 폐 엽의 부피의 상대적인 변경을 비교하고 완전한 영감과 만료에 환자 폐의 박슬라이스 계산 단층 촬영 심상을 사용하여 계산되었다. 결과는 1 L/min의 전체 입구 유량모두에서 두 개의 뚜렷한 유동 조건에 대해 제시됩니다. 건강한 폐엽 출구 유동 프로파일은 유입 흐름의 다음 비율로 각 출구에 분포된다: LL-23.7%, LU-23.7%, RL-18.7%, RM-14.0%, RU-20.3%. COPD 로브 출구 흐름 프로파일은 유입 흐름의 다음 비율로 각 출구 사이에 분포된다: LL-10.0%, LU-29.0%, RL-13.0%, RM-5.0%, RU-43.0%9,10.</li>
	</ol>
</li>
	<li>유동 컨트롤러의"테스트 설정"기능을 종료하지만 진공 펌프를 켜십시오. 참고: 유량을 설정하고 증착 실험을 수행하는 사이에 진공 펌프를 끄면 생성된 유량 프로파일의 부정확성이 발생할 수 있습니다. 에어로졸 증착 테스트를 완료하기 위해 원하는 유량이 설정되면 진공 펌프를 그대로 두는 것이 좋습니다.</li>
</ol>5. 폐 모델에 에어로졸전달
참고: 분무기에 의해 생성된 에어로졸에 대한 노출을 최소화하기 위해 새시가 닫힌 연기 후드에서 실험을 수행해야 합니다.
<ol><li>바람직한 형광 입자의 용액으로 분무기를 채우고(도 2A-1)폐 모델 입구에 연결(도 2B). 참고: 여기에 제시된 결과는 메탄올에 있는 1 μm 형광 폴리스티렌 입자의 1:100 희석의 30 mL를 사용하여 얻어졌다.<ol>
<li>실험 용 설치의 유효성을 검사하려면 분무기를 표적 장치없이 폐 모델 입구에 직접 연결합니다.</li>
		<li>표적 장치의 효능을 측정하려면 분무기를 장치에 연결하고 장치를 폐 모델에 삽입합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>압축 공기 라인을 분무기에 연결하고 연기 후드 띠를 가능한 한 닫습니다.</li>
	<li>흐름 컨트롤러를 10s 평가판에 대해 실행하도록 설정합니다. 시동을 시작하기 전에 압축 공기 밸브를 약간 열어 분무기 내에서 에어로졸을 생성합니다.</li>
	<li>유량 컨트롤러에서 시작한 후 압축 공기 밸브를 완전히 엽니다. 유동 컨트롤러가 약 9s에 도달하면 압축 공기 밸브를 닫기 시작합니다.</li>
	<li>압축 공기 밸브가 완전히 닫히면 압축 공기 라인에서 분무기를 분리하고 연기 후드 띠를 완전히 닫고 진공 펌프를 차단하고 연기 후드에서 에어로졸을 약 10 분 동안 꺼지게하십시오. 참고: 튜브 시스템 내에서 진공이 쌓이는 것을 방지하기 위해 실행을 완료한 후 진공 펌프를 끄는 것이 중요합니다.</li>
	<li>충분한 시간을 기다린 후, 관빙 시스템에서 폐 모델을 분리하여 가시 튜브 연결을 해독하지 않도록 특별한주의를 기울입니다.</li>
	<li>캡 의 가장자리 아래에 핀셋 한 쌍을 실행하고 부드럽게 폐 모델에서 들어 올려 로브 콘센트 캡을 제거합니다.</li>
	<li>캡에서 필터 용지를 제거하고 플레이트의 우물을 향한 바닥에 증착된 입자가 측면에 있는 24웰 플레이트에 놓습니다. 나머지 콘센트에 대해 반복하고 각 로브에 해당하는 우물에 레이블을 지정합니다. 참고: 잔류 입자 증착이 후속 실험에 영향을 미치지 않도록 하기 위해 폐 모델과 캡 성분을 IPA 또는 실행 사이에 적절한 용매로 헹구는 것이 중요합니다. 이를 수집하고 원하는 대로 분석에 포함할 수 있습니다. 또한 사용되는 모든 복제본이 부품 무결성을 유지하기 위해 IPA에 최소한의 노출되었는지 확인하기 위해 로그를 보관하고 사용 전에 시각적 부품 검사를 권장합니다.</li>
</ol>6. 콘센트 필터 종이 이미징
<ol><li>웰 플레이트를 디지털 형광 현미경에 넣고 현미경을 4배 배율 및 적절한 형광 채널로 설정합니다.</li>
	<li>어떤 로브의 필터 용지가 가장 많은 양의 파티클 증착을 가지고 있는지 시각적으로 식별하고"자동 노출"기능을 사용합니다. 결과 노출 및 통합 시간 값을 기록합니다.</li>
	<li>이 노출을 실행을 위한 모든 필터에 적용하고 설정이 필터의 모든 높은 증착 영역에 대해 만족스러운 이미지를 생성하는지 여부를 평가합니다. 참고: 포커스 설정을 필터에서 필터로 변경할 수 있습니다. 그러나 지정된 실행에 대한 모든 필터는 동일한 노출 설정에서 분석해야 합니다. 한 번에 하나의 초점 프레임을 가질 수 있으므로 필터 용지의 구부리거나 눈물로 인해 뷰에 있는 모든 증착된 입자가 초점을 맞추는 것을 방지할 수 있습니다. 필터 용지가 웰 플레이트의 바닥에 평평하도록 하여 이를 방지할 수 있습니다.</li>
	<li>임의의 위치에서 각 로브의 필터 용지의 적어도 세 개의 이미지를 가져와 .tiff 서 파일로 저장합니다.</li>
</ol>7. 입자 증착의 정량화
<ol><li>지정된 실행이 ImageJ 세션으로 실행되도록 모든 필터 용지 사진을 가져옵니다.</li>
	<li>이미지 | 선택하여 각 이미지의 유형을 8비트로 변경합니다. | 유형 8 비트.</li>
	<li>가장 높은 형광으로 그림을 열고 이미지 | 선택합니다. 조정 | 임계값 창을 여는 임계값입니다. 임계값값을 조정하여 필터 용지의 배경 신호를 최소화하고 파티클의 가장자리를 명확하게 정의합니다. 품질이 좋고 품질이 좋지 못한 임계값을 묘사할 수 있는 그림 3을 참조하십시오. 참고: 높은 수준의 증착을 가진 필터의 경우, 필터 용지 섬유에 의한 빛의 회절로 인한 형광의 "코로나"는 입자의 큰 그룹 주위에 관찰될 수 있다. 이러한 이미지의 임계값을 조정할 때 너무 큰 범위에는 그림 3의"불량" 임계값 이미지에서 관찰된 대로 이러한 그룹 주위에 작은 점 또는 "깃털 모양" 모양이 표시됩니다. 이는 필터 용지 섬유로부터의 신호가 입자 자체로부터 신호를 가리지 않고 최소화될 때까지 임계값의 하한을 점진적으로 증가시킴으로써 개선될 수 있다.</li>
	<li>가장 높은 형광 이미지에 대한 임계값 설정을 다른 모든 이미지에 전파합니다.</li>
	<li>분석 | 선택하여 입자 수와 총 형광 면적을 정량화합니다. 파티클 분석. 참고: 데이터 세트는 Sidak의 다중 비교 테스트와 양방향 ANOVA를 사용하여 비교됩니다. 또한, 관심있는 로브의 증착은 동등한 차이를 가정하는 학생 T 테스트를 사용하여 비교됩니다.</li>
</ol>

<ol>
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How Medical 3D Printing is Gaining Ground in Top Hospitals Available from: <a target="_blank" href="https://www.materialise.com/en/blog/3d-printing-hospitals">https://www.materialise.com/en/blog/3d-printing-hospitals</a> (2019)</li><li>Weber, P. W., Price, O. T., McClellan, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Demographic+Variability+of+Inhalation+Mechanics:+A+Review.">Demographic Variability of Inhalation Mechanics: A Review.</a> Defense Threat Reduction Agency. , (2016).</li><li>Jiang, Y. Y., Xu, X., Su, H. L., Liu, D. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gender-related+difference+in+the+upper+airway+dimensions+and+hyoid+bone+position+in+Chinese+Han+children+and+adolescents+aged+6-18+years+using+cone+beam+computed+tomography.">Gender-related difference in the upper airway dimensions and hyoid bone position in Chinese Han children and adolescents aged 6-18 years using cone beam computed tomography.</a> Acta Odontologica Scandinavica. 73 (5), 391-400 (2015).</li><li>Martin, S. E., Mathur, R., Marshall, I., Douglas, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+age,+sex,+obesity+and+posture+on+upper+airway+size.">The effect of age, sex, obesity and posture on upper airway size.</a> European Respiratory Journal. 10 (9), 2087 (1997).</li><li>Xi, J., Longest, P. W., Martonen, T. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+the+laryngeal+jet+on+nano-+and+microparticle+transport+and+deposition+in+an+approximate+model+of+the+upper+tracheobronchial+airways.">Effects of the laryngeal jet on nano- and microparticle transport and deposition in an approximate model of the upper tracheobronchial airways.</a> Journal of Applied Physiology. 104 (6), 1761-1777 (2008).</li><li>Zhao, J., Feng, Y., Fromen, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glottis+motion+effects+on+the+particle+transport+and+deposition+in+a+subject-specific+mouth-to-trachea+model:+A+CFPD+study.">Glottis motion effects on the particle transport and deposition in a subject-specific mouth-to-trachea model: A CFPD study.</a> Computers in Biology and Medicine. 116, 103532 (2020).</li><li>Kim, S. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chronic+obstructive+pulmonary+disease:+lobe-based+visual+assessment+of+volumetric+CT+by+Using+standard+images--comparison+with+quantitative+CT+and+pulmonary+function+test+in+the+COPDGene+study.">Chronic obstructive pulmonary disease: lobe-based visual assessment of volumetric CT by Using standard images--comparison with quantitative CT and pulmonary function test in the COPDGene study.</a> Radiology. 266 (2), 626-635 (2013).</li><li>. The Cancer Imaging Archive Available from: <a target="_blank" href="https://www.cancerimagingarchive.net/">https://www.cancerimagingarchive.net/</a> (2020)</li><li>Li, A., Ahmadi, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computer+Simulation+of+Deposition+of+Aerosols+in+a+Turbulent+Channel+Flow+with+Rough+Walls.">Computer Simulation of Deposition of Aerosols in a Turbulent Channel Flow with Rough Walls.</a> Aerosol Science and Technology. 18 (1), 11-24 (1993).</li><li>Khalili, S. F., Ghanbarzadeh, S., Nokhodchi, A., Hamishehkar, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+different+coating+materials+on+the+prevention+of+powder+bounce+in+the+next+generation+impactor.">The effect of different coating materials on the prevention of powder bounce in the next generation impactor.</a> Research in Pharmaceutical Sciences. 13 (3), 283-287 (2018).</li><li>Galliger, Z., Vogt, C. D., Panoskaltsis-Mortari, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+bioprinting+for+lungs+and+hollow+organs.">3D bioprinting for lungs and hollow organs.</a> Translational Research. 211, 19-34 (2019).</li><li>Schwarz, K., Biller, H., Windt, H., Koch, W., Hohlfeld, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+exhaled+particles+from+the+healthy+human+lung--a+systematic+analysis+in+relation+to+pulmonary+function+variables.">Characterization of exhaled particles from the healthy human lung--a systematic analysis in relation to pulmonary function variables.</a> Journal of Aerosol Medicine and Pulmonary Drug Delivery. 23 (6), 371-379 (2010).</li><li>Patton, J. S., Byron, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inhaling+medicines:+delivering+drugs+to+the+body+through+the+lungs.">Inhaling medicines: delivering drugs to the body through the lungs.</a> Nature Reviews Drug Discovery. 6 (1), 67-74 (2007).</li><li>Zhang, Z., Kleinstreuer, C., Kim, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cyclic+micron-size+particle+inhalation+and+deposition+in+a+triple+bifurcation+lung+airway+model.">Cyclic micron-size particle inhalation and deposition in a triple bifurcation lung airway model.</a> Journal of Aerosol Science. 33 (2), 257-281 (2002).</li><li>Ju, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+of+Nebulized+Metal-Phenolic+Capsules+for+Controlled+Pulmonary+Deposition.">Engineering of Nebulized Metal-Phenolic Capsules for Controlled Pulmonary Deposition.</a> Advanced Science. 7 (6), 1902650 (2020).</li></ol>

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완전한 흡입 용량의 폐 약제학적 시험을 위한 현재의 최첨단 장치는 에어로졸4의공기역학적 직경을 측정하는 차세대 발전기 임펙터(NGI)이다. 이러한 크기 조정 데이터는 건강한 성인남성(11)을위해 개발된 상관관계에 기초하여 에어로졸이 입금되는 폐 생성을 예측하는 데 사용된다. 불행하게도, 이 방법은 지역 폐 증착의 차이를 평가하고, 약제학적 전달에 대?...

폐암과 만성 폐쇄성 폐질환(COPD)과 같은 많은 폐질환은 질병 특성에 있어서 지역적 차이를 나타낸다. 그러나, 폐1의병들인 부위에만 약물 전달을 표적으로 하는 치료 기술의 부족이 있다. 다중 전산 유체 동적(CFD) 모델은 폐2,3에서특정 유선형을 식별하여 약물 증착 프로파일을 조절할 수 있음을 입증하였다. 지역 타겟팅 기능을 갖춘 흡입기및 엔노트라큐어(ET) 튜브 어댑터의 개발은 병든 폐 부위에 에어로졸 분포를 제어하기 위해 실험실에서 진행되고 있습니다. 임상 사용에 이러한 원칙의 확장은 현재 전임상 테스트 용량에 의해 제한됩니다. 정확한 위치는 폐 내의 약물 침전물이 효능의 가장 좋은 예측변수로 알려져 있습니다. 그러나, 현재 의약학적 평가는 입자 크기의 생체내 상관관계를 단지 근사적 증착4로이용하여 가장 자주 예측된다. 이 기술은 폐의 다양한 엽을 통해 지역 분포에 대한 다른 기도 형상의 효과를 결정하는 공간 분석을 허용하지 않습니다. 추가적으로, 이 시험은 해부학적으로 정확한 폐 기하학이 결여되어, 연구원은 증착 단면도5에중요한 영향을 미칠 수 있는 보여주었습니다. 상부 기도의 추가를 통해 시험 프로토콜에 환자 특정 폐 기하학을 통합하기 위하여 몇몇 노력이 이루어졌습니다; 그러나, 이들 접근법의 대부분은 각 폐로가 아닌 다양한 세대의폐로 에어로졸전달을 6,7,8로시료한다. 다음 프로토콜은 폐9의5개의 엽 각각에서 상대 입자 증착을 정량화할 수 있는 능력을 가진 환자 특이적 폐 모델을 생성하는 고처리량 방법을 제시한다.
해부학적으로 정확한 모형 폐는 3D 프린팅 환자 계산단층 촬영 (CT) 검사에 의해 생성됩니다. 쉽게 조립된 유동 시스템과 함께 사용될 때, 각 모델 폐의 엽을 통한 상대유량은 독립적으로 제어되고 다른 환자 인구 통계 및/또는 질병 상태의 것을 모방하도록 맞춤화될 수 있다. 이 방법을 통해 연구원은 관련 폐 기하학에서 잠재적 인 치료 방법의 효능을 테스트하고 각 방법의 성능을 병들게 형태의 진행과 상관 관계를 맺을 수 있습니다. 여기서, 우리의 실험실에서 개발된 2개의 장치 디자인은 입 또는 기관에서 에어로졸 방출의 위치를 통제하여 원하는 폐 엽에 있는 증착을 증가하는 그들의 기능에 대한 시험됩니다. 이 프로토콜은 또한 환자의 CT 스캔 데이터에 특정한 모형 폐에 있는 처리 효험의 급속한 예측을 촉진해서 환자를 위한 개인화한 절차의 발달에 현저하게 영향을 미칠 가능성이 있습니다.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>1/4&#34; Plastic Barbed Tube Fitting</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>5372K111</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 um Filter Paper</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>1093-110</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1um Fluorescent Polystyrene Particles</td>
			<td>Polysciences</td>
			<td>15702-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1um Non-Fluorescent Polystyrene Particles</td>
			<td>Polysciences</td>
			<td>8226</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-Propanol</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>A516-4</td>
			<td>Referred to in protocol as &#34;IPA&#34;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3/8&#34; Plastic Barbed Tube Fitting</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>5372K117</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Air Flow Meter (1 - 280 mL/min)</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>41695K32</td>
			<td>Referred to in protocol as &#34;flow meter&#34;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon M1 3D Printer</td>
			<td>Carbon 3D</td>
			<td></td>
			<td>https://www.carbon3d.com/, Associated software referred to in protocol as &#34;slicing software&#34;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Collison Jet Nebulizer</td>
			<td>CH Technologies</td>
			<td>ARGCNB0008 (CN-25)</td>
			<td>6 Jet MRE style horizontal collision with glass jar, Referred to in protocol as &#34;nebulizer&#34;, http://chtechusa.com/Manuals/MRE_Collison_Manual.pdf</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Convection Oven</td>
			<td>Yamato</td>
			<td>DKN602</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copley Critical Flow Controller TPK2000 Reve 120V</td>
			<td>MSP Corp</td>
			<td>0001-01-9810</td>
			<td>Referred to in protocol as &#34;flow controller&#34;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copley High Capacity Pump Model HCP5</td>
			<td>MSP Corp</td>
			<td>0001-01-9982</td>
			<td>Referred to in protocol as &#34;vacuum pump&#34;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cytation</td>
			<td>BioTek</td>
			<td>CYT5MPV</td>
			<td>Multifunctional Spectrophotometer/Fluorescent imager equiped with 4x/20x/40x objectives and DAPI/GFP/TexasRed laser/filter cubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EPU40 Resin</td>
			<td>Carbon 3D</td>
			<td></td>
			<td>https://www.carbon3d.com/materials/epu-elastomeric-polyurethane/, Referred to in protocol as &#34;soft resin&#34;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter for vacuum pump</td>
			<td>Whatman</td>
			<td>6722-5000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flow Meter Model DFM 2000</td>
			<td>MSP Corp</td>
			<td>0001-01-8764</td>
			<td>Referred to in protocol as &#34;electronic flow meter&#34;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImageJ Software</td>
			<td>ImageJ</td>
			<td></td>
			<td>https://imagej.nih.gov/ij/download.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inline Air Flow Control Valve (Push-to-Connect)</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>62005K333</td>
			<td>Referred to in protocol as &#34;valve&#34;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inline Filter Devices</td>
			<td>Whatman</td>
			<td>WHA67225000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Marine-Grade Plywood Sheet</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>62005K333</td>
			<td>Referred to in protocol as &#34;wooden board&#34;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Materialise Mimics Software</td>
			<td>Materialise</td>
			<td></td>
			<td>https://www.materialise.com/en/medical/mimics-innovation-suite, Referred to in protocol as &#34;CT scan software&#34;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Meshmixer Software</td>
			<td>Autodesk</td>
			<td></td>
			<td>http://www.meshmixer.com/, Referred to in protocol as &#34;mesh editing software&#34;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>A454-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Opticure LED Cube</td>
			<td>APM Technica</td>
			<td>102843</td>
			<td>Referred to in protocol as &#34;UV oven&#34;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PR25 Resin</td>
			<td>Carbon 3D</td>
			<td></td>
			<td>https://www.carbon3d.com/materials/uma-urethanemethacrylate, /Referred to in protocol as &#34;hard resin&#34;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PVC Tube for Chemicals</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>5231K161</td>
			<td>1/4&#34; ID</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screws</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SolidWorks Software</td>
			<td>Dassault Syst&#232;mes&#160;SolidWorks Corporation</td>
			<td></td>
			<td>https://www.solidworks.com/, Referred to in protocol as &#34;3D modeling software&#34;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Straight Flow Rectangular Manifold</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>1125T31</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tubing to Flow Controller</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>5233K65</td>
			<td>3/8&#34; ID</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wire</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

evaluating regional pulmonary deposition using patient-specific 3d printed lung models

폐 질환에 대한 표적 치료법의 개발은 지역 에어로졸 전달을 예측할 수 있는 전임상 시험 방법의 가용성에 의해 제한됩니다. 3D 프린팅을 활용하여 환자 전용 폐 모델을 생성하여, 우리는 lobular 폐 증착을 정량화하기 위한 높은 처리량, 시험관 내 실험 설정의 설계를 간략하게 설명합니다. 이 시스템은 시판되는 3D 인쇄 성분의 조합으로 만들어졌으며 폐의 각 엽을 통한 유속이 독립적으로 제어될 수 있게 합니다. 각 엽에 형광 에어로졸의 전달은 형광 현미경 검사를 사용하여 측정된다. 이 프로토콜은 광범위한 환자 인구 통계 및 질병 상태를 모델링하는 능력을 통해 호흡기 질환에 대한 개인화 된 의학의 성장을 촉진 할 수있는 잠재력을 가지고 있습니다. 3D 프린팅 폐 모델의 기하학과 공기 흐름 프로파일 설정은 다양한 연령, 인종 및 성별을 가진 환자를 위한 임상 데이터를 반영하도록 쉽게 변조될 수 있다. 여기에 도시된 엔타락힐 튜브와 같은 임상적으로 관련된 약물 전달 장치는, 폐의 병들 영역으로 치료 전달을 표적으로 하는 장치의 용량을 보다 정확하게 예측하기 위해 시험 설정에 통합될 수 있다. 이 실험 용 설정의 다재다능함은 다양한 흡입 조건을 반영하도록 사용자 정의 할 수 있으며 전임상 치료 테스트의 엄격함을 향상시킵니다.

이 크기 범위(1-5 μm) 및 유량 조건(1-10 L/min)의 입자는 이론적 스토크스 수와 생체 내 데이터를 모두 기반으로 유체 스트림 라인을 따릅니다. 따라서 표적 전달 장치가 없는 경우 폐 모델로 방출되는 입자는 각 로브로 전환된 총 공기 흐름의 비율에 따라 예치될 것으로 예상됩니다. 각 로브에 대한 입자 전달의 상대적 양은 환자 특이적 고해상도 컴퓨터 단층 촬영(HRCT) 스캔10을분석?...

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

CT 스캔 파생, 3D 프린팅 폐 모델을 튜닝 가능한 공기 흐름 프로파일을 사용하여 로브 수준에서 지역 폐 증착을 정량화하는 고처리량, 시험관 내 방법을 제시한다.

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 ...

evaluating-regional-pulmonary-deposition-using-patient-specific-3d

Research

JoVE Journal

Bioengineering

4.1K 조회수.  University of Delaware. CT 스캔 파생, 3D 프린팅 폐 모델을 튜닝 가능한 공기 흐름 프로파일을 사용하여 로브 수준에서 지역 폐 증착을 정량화하는 고처리량, 시험관 내 방법을 제시한다.

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

Rapid and Low-cost Prototyping of Medical Devices Using 3D Printed Molds for Liquid Injection Molding

Biologically inert elastomers such as silicone are favorable materials for medical device fabrication, but forming and curing these elastomers using traditional liquid injection molding processes can be an expensive process due to tooling and equipment costs. As a result, it has traditionally been impractical to use liquid injection molding for low-cost, rapid prototyping applications. We have devised a method for rapid and low-cost production of liquid elastomer injection molded devices that utilizes fused deposition modeling 3D printers for mold design and a modified desiccator as an injection system. Low costs and rapid turnaround time in this technique lower the barrier to iteratively designing and prototyping complex elastomer devices. Furthermore, CAD models developed in this process can be later adapted for metal mold tooling design, enabling an easy transition to a traditional injection molding process. We have used this technique to manufacture intravaginal probes involving complex geometries, as well as overmolding over metal parts, using tools commonly available within an academic research laboratory. However, this technique can be easily adapted to create liquid injection molded devices for many other applications.

We have devised a method for low-cost and rapid prototyping of liquid elastomer rubber injection molded devices by using fused deposition modeling 3D printers for mold design and a modified desiccator as a liquid injection system.

액상 사출 성형을위한 3D 인쇄 금형을 사용하여 의료 기기의 신속하고 저렴한 프로토 타이핑

Biologically inert elastomers such as silicone are favorable materials for medical device fabrication, but forming and curing these elastomers using ...

연구

생체공학

Improving 2D and 3D Skin In Vitro Models Using Macromolecular Crowding

The glycoprotein family of collagens represents the main structural proteins in the human body, and are key components of biomaterials used in modern tissue engineering. A technical bottleneck is the deposition of collagen in vitro, as it is notoriously slow, resulting in sub-optimal formation of connective tissue and subsequent tissue cohesion, particularly in skin models. Here, we describe a method which involves the addition of differentially-sized sucrose co-polymers to skin cultures to generate macromolecular crowding (MMC), which results in a dramatic enhancement of collagen deposition. Particularly, dermal fibroblasts deposited a significant amount of collagen I/IV/VII and fibronectin under MMC in comparison to controls.
The protocol also describes a method to decellularize crowded cell layers, exposing significant amounts of extracellular matrix (ECM) which were retained on the culture surface as evidenced by immunocytochemistry. Total matrix mass and distribution pattern was studied using interference reflection microscopy. Interestingly, fibroblasts, keratinocytes and co-cultures produced cell-derived matrices (CDM) of varying composition and morphology. CDM could be used as &#34;bio-scaffolds&#34; for secondary cell seeding, where the current use of coatings or scaffolds, typically from xenogenic animal sources, can be avoided, thus moving towards more clinically relevant applications.
In addition, this protocol describes the application of MMC during the submerged phase of a 3D-organotypic skin co-culture model which was sufficient to enhance ECM deposition in the dermo-epidermal junction (DEJ), in particular, collagen VII, the major component of anchoring fibrils. Electron microscopy confirmed the presence of anchoring fibrils in cultures developed with MMC, as compared to controls. This is significant as anchoring fibrils tether the dermis to the epidermis, hence, having a pre-formed mature DEJ may benefit skin graft recipients in terms of graft stability and overall wound healing. Furthermore, culture time was condensed from 5 weeks to 3 weeks to obtain a mature construct, when using MMC, reducing costs.

Improving 2D and 3D Skin In Vitro Models Using Macromolecular Crowding

We present a protocol to obtain cell-derived matrices rich in extracellular matrix proteins, using macromolecular crowders (MMC). In addition, we present a protocol which incorporates MMC in 3D organotypic skin co-culture generation, which reduces culture time while maintaining maturity of construct.

개선 2D 및 3D 스킨<em&gt; 체외</em거대 분자의 크라우 딩 사용&gt; 모델

The glycoprotein family of collagens represents the main structural proteins in the human body, and are key components of biomaterials used in modern ...

Scaling of Engineered Vascular Grafts Using 3D Printed Guides and the Ring Stacking Method

Coronary artery disease remains a leading cause of death, affecting millions of Americans. With the lack of autologous vascular grafts available, engineered grafts offer great potential for patient treatment. However, engineered vascular grafts are generally not easily scalable, requiring manufacture of custom molds or polymer tubes in order to customize to different sizes, constituting a time-consuming and costly practice. Human arteries range in lumen diameter from about 2.0-38 mm and in wall thickness from about 0.5-2.5 mm. We have created a method, termed the "Ring Stacking Method," in which variable size rings of tissue of the desired cell type, demonstrated here with vascular smooth muscle cells (SMCs), can be created using guides of center posts to control lumen diameter and outer shells to dictate vessel wall thickness. These tissue rings are then stacked to create a tubular construct, mimicking the natural form of a blood vessel. The vessel length can be tailored by simply stacking the number of rings required to constitute the length needed. With our technique, tissues of tubular forms, similar to a blood vessel, can be readily manufactured in a variety of dimensions and lengths to meet the needs of the clinic and patient.

Scalable engineered blood vessels would improve clinical applicability. Using easily sizable 3D-printed guides, rings of vascular smooth muscle were created and stacked into a tubular form, forming a vascular graft. Grafts can be sized to meet the range of human coronary artery dimensions by simply changing the 3D-printed guide size.

3D 인쇄 가이드 및 반지 스태킹 방법을 사용하여 엔지니어링 혈관 이식의 크기 조정

Coronary artery disease remains a leading cause of death, affecting millions of Americans. With the lack of autologous vascular grafts available, ...

Scaled Anatomical Model Creation of Biomedical Tomographic Imaging Data and Associated Labels for Subsequent Sub-surface Laser Engraving (SSLE) of Glass Crystals

Biomedical imaging modalities like computed tomography (CT) and magnetic resonance (MR) provide excellent platforms for collecting three-dimensional data sets of patient or specimen anatomy in clinical or preclinical settings. However, the use of a virtual, on-screen display limits the ability of these tomographic images to fully convey the anatomical information embedded within. One solution is to interface a biomedical imaging data set with 3D printing technology to generate a physical replica. Here we detail a complementary method to visualize tomographic imaging data with a hand-held model: Sub Surface Laser Engraving (SSLE) of crystal glass. SSLE offers several unique benefits including: the facile ability to include anatomical labels, as well as a scale bar; streamlined multipart assembly of complex structures in one medium; high resolution in the X, Y, and Z planes; and semi-transparent shells for visualization of internal anatomical substructures. Here we demonstrate the process of SSLE with CT data sets derived from pre-clinical and clinical sources. This protocol will serve as a powerful and inexpensive new tool with which to visualize complex anatomical structures for scientists and students in a number of educational and research settings.

Scaled Anatomical Model Creation of Biomedical Tomographic Imaging Data and Associated Labels for Subsequent Sub-surface Laser Engraving SSLE of Glass Crystals

A methodology is described herein for representing anatomical imaging data within crystals. We create scaled three-dimensional models of biomedical imaging data for use in Sub-Surface Laser Engraving (SSLE) of crystal glass. This tool offers a useful complement to computational display or three-dimensionally printed models used within clinical or educational settings.

유리 크리스탈의 후속 하위 표면 레이저 조각 (SSLE)에 대한 확장 된 해부학 모델 생체 단층 촬영 영상 데이터의 생성 및 관련 레이블

Biomedical imaging modalities like computed tomography (CT) and magnetic resonance (MR) provide excellent platforms for collecting three-dimensional data ...

Fabrication of Custom Agarose Wells for Cell Seeding and Tissue Ring Self-assembly Using 3D-Printed Molds

Engineered tissues are being used clinically for tissue repair and replacement, and are being developed as tools for drug screening and human disease modeling. Self-assembled tissues offer advantages over scaffold-based tissue engineering, such as enhanced matrix deposition, strength, and function. However, there are few available methods for fabricating 3D tissues without seeding cells on or within a supporting scaffold. Previously, we developed a system for fabricating self-assembled tissue rings by seeding cells into non-adhesive agarose wells. A polydimethylsiloxane (PDMS) negative was first cast in a machined polycarbonate mold, and then agarose was gelled in the PDMS negative to create ring-shaped cell seeding wells. However, the versatility of this approach was limited by the resolution of the tools available for machining the polycarbonate mold. Here, we demonstrate that 3D-printed plastic can be used as an alternative to machined polycarbonate for fabricating PDMS negatives. The 3D-printed mold and revised mold design is simpler to use, inexpensive to produce, and requires significantly less agarose and PDMS per cell seeding well. We have demonstrated that the resulting agarose wells can be used to create self-assembled tissue rings with customized diameters from a variety of different cell types. Rings can then be used for mechanical, functional, and histological analysis, or for fabricating larger and more complex tubular tissues.

This protocol describes a platform for fabricating self-assembled tissue rings in variable sizes using a customized 3D-printed plastic mold. PDMS negatives are cured in the 3D-printed mold; then agarose is cast in the cured PDMS negatives. Cells are seeded into the resulting agarose wells where they aggregate into tissue rings.

셀 시드를 위한 사용자 지정 Agarose 우물 및 자기 조립 금형 3D 인쇄를 사용 하 여 조직 반지 제작

Engineered tissues are being used clinically for tissue repair and replacement, and are being developed as tools for drug screening and human disease ...

Targeting Neuronal Fiber Tracts for Deep Brain Stimulation Therapy Using Interactive, Patient-Specific Models

Deep brain stimulation (DBS), which involves insertion of an electrode to deliver stimulation to a localized brain region, is an established therapy for movement disorders and is being applied to a growing number of disorders. Computational modeling has been successfully used to predict the clinical effects of DBS; however, there is a need for novel modeling techniques to keep pace with the growing complexity of DBS devices. These models also need to generate predictions quickly and accurately. The goal of this project is to develop an image processing pipeline to incorporate structural magnetic resonance imaging (MRI) and diffusion weighted imaging (DWI) into an interactive, patient specific model to simulate the effects of DBS. A virtual DBS lead can be placed inside of the patient model, along with active contacts and stimulation settings, where changes in lead position or orientation generate a new finite element mesh and solution of the bioelectric field problem in near real-time, a timespan of approximately 10 seconds. This system also enables the simulation of multiple leads in close proximity to allow for current steering by varying anodes and cathodes on different leads. The techniques presented in this paper reduce the burden of generating and using computational models while providing meaningful feedback about the effects of electrode position, electrode design, and stimulation configurations to researchers or clinicians who may not be modeling experts.

The goal of this project is to develop an interactive, patient-specific modeling pipeline to simulate the effects of deep brain stimulation in near real-time and provide meaningful feedback as to how these devices influence neural activity in the brain.

대화형, 환자 전용 모델을 사용 하 여 깊은 두뇌 자극 치료를 위한 신경 섬유 책자를 대상으로

Deep brain stimulation (DBS), which involves insertion of an electrode to deliver stimulation to a localized brain region, is an established therapy for ...

High-resolution Patterned Biofilm Deposition Using pDawn-Ag43

Spatial structure and patterning play an important role in bacterial biofilms. Here we demonstrate an accessible method for culturing E. coli biofilms into arbitrary spatial patterns at high spatial resolution. The technique uses a genetically encoded optogenetic construct&#8212;pDawn-Ag43&#8212;that couples biofilm formation in E. coli to optical stimulation by blue light. We detail the process for transforming E. coli with&#160;pDawn-Ag43, preparing the required optical set-up, and the protocol for culturing patterned biofilms using pDawn-Ag43 bacteria. Using this protocol, biofilms with a spatial resolution below 25 &#956;m can be patterned on various surfaces and environments, including enclosed chambers, without requiring microfabrication, clean-room facilities, or surface pretreatment. The technique is convenient and appropriate for use in applications that investigate the effect of biofilm structure, providing tunable control over biofilm patterning. More broadly, it also has potential applications in biomaterials, education, and bio-art.

We demonstrate a method for depositing Escherichia coli bacterial biofilms in arbitrary spatial patterns with a high resolution using optical stimulation of a genetically encoded surface-adhesion construct.

고해상도 무늬 Biofilm 증 착을 사용 하 여 pDawn-Ag43

Spatial structure and patterning play an important role in bacterial biofilms. Here we demonstrate an accessible method for culturing E. coli biofilms ...

3D Printed Porous Cellulose Nanocomposite Hydrogel Scaffolds

This work demonstrates the use of three-dimensional (3D) printing to produce porous cubic scaffolds using cellulose nanocomposite hydrogel ink, with controlled pore structure and mechanical properties. Cellulose nanocrystals (CNCs, 69.62 wt%) based hydrogel ink with matrix (sodium alginate and gelatin) was developed and 3D printed into scaffolds with uniform and gradient pore structure (110-1,100 &#181;m). The scaffolds showed compression modulus in the range of 0.20-0.45 MPa when tested in simulated in vivo conditions (in distilled water at 37 &#176;C). The pore sizes and the compression modulus of the 3D scaffolds matched with the requirements needed for cartilage regeneration applications. This work demonstrates that the consistency of the ink can be controlled by the concentration of the precursors and porosity can be controlled by the 3D printing process and both of these factors in return defines the mechanical properties of the 3D printed porous hydrogel scaffold. This process method can therefore be used to fabricate structurally and compositionally customized scaffolds according to the specific needs of patients.&#160;

The three critical steps of this protocol are i) developing the right composition and consistency of the cellulose hydrogel ink, ii) 3D printing of scaffolds into various pore structures with good shape fidelity and dimensions and iii) demonstration of the mechanical properties in simulated body conditions for cartilage regeneration.

3D 인쇄 다공성 셀 루 로스 나노 하이드로 겔 건설 기계

This work demonstrates the use of three-dimensional (3D) printing to produce porous cubic scaffolds using cellulose nanocomposite hydrogel ink, with ...

3D Cell-Printed Hypoxic Cancer-on-a-Chip for Recapitulating Pathologic Progression of Solid Cancer

Cancer microenvironment has a significant impact on the progression of the disease. In particular, hypoxia is the key driver of cancer survival, invasion, and chemoresistance. Although several in vitro models have been developed to study hypoxia-related cancer pathology, the complex interplay of the cancer microenvironment observed&#160;in vivo has not been reproduced yet owing to the lack of precise spatial control. Instead, 3D biofabrication approaches have been proposed to create microphysiological systems for better emulation of cancer ecology and accurate anticancer treatment evaluation. Herein, we propose a 3D cell-printing approach to fabricate a hypoxic cancer-on-a-chip. The hypoxia-inducing components in the chip were determined based on a computer simulation of the oxygen distribution. Cancer-stroma concentric rings were printed using bioinks containing glioblastoma cells and endothelial cells to recapitulate a type of solid cancer. The resulting chip realized central hypoxia and aggravated malignancy in cancer with the formation of representative pathophysiological markers. Overall, the proposed approach for creating a solid-cancer-mimetic microphysiological system is expected to bridge the gap between in vivo and in vitro models for cancer research.

Hypoxia is a hallmark of tumor microenvironment and plays a crucial role in cancer progression. This article describes the fabrication process of a hypoxic cancer-on-a-chip based on 3D cell-printing technology to recapitulate a hypoxia-related pathology of cancer.

고형암의 병리학적 진행을 재구성하기 위한 3D 세포 인쇄 저산소암-온-어칩

Cancer microenvironment has a significant impact on the progression of the disease. In particular, hypoxia is the key driver of cancer survival, invasion, ...

Creation of Patient-Specific Silicone Cardiac Models with Applications in Pre-surgical Plans and Hands-on Training

Three dimensional&#160;models can be a valuable tool for surgeons as they develop surgical plans and medical fellows as they learn about complex cases. In particular, 3D models can play an important role in the field of cardiology, where complex congenital heart diseases occur. While many 3D printers can provide anatomically correct and detailed models, existing 3D printing materials fail to replicate myocardial tissue properties and can be extremely costly. This protocol aims to develop a process for the creation of patient-specific models of complex congenital heart defects using a low-cost silicone that more closely matches cardiac muscle properties. With improved model fidelity, actual surgical procedural training could occur in advance of the procedure. Successful creation of cardiac models begins with the segmentation of radiologic images to generate a virtual blood pool (blood that fills the chambers of the heart) and myocardial tissue mold. The blood pool and myocardial mold are 3D printed in acrylonitrile butadiene styrene (ABS), a plastic dissolvable in acetone. The mold is assembled around the blood pool, creating a negative space simulating the myocardium. Silicone with a shore hardness of 2A is poured into the negative space and allowed to cure. The myocardial mold is removed, and the remaining silicone/blood pool model is submerged in acetone. The described process results in a physical model in which all cardiac features, including intra-cardiac defects, are represented with more realistic tissue properties and are more closely approximated than a direct 3D printing approach. The successful surgical correction of a model with a ventricular septal defect (VSD) using a GORE-TEX patch (standard surgical intervention for defect) demonstrates the utility of the method.

Patient-specific models improve surgeon and fellow confidence when developing or learning surgical plans. Three-dimensional (3D) printers generate adequate detail for surgical preparation, but fail to replicate tissue haptic fidelity. A protocol is presented detailing the creation of patient-specific, silicone cardiac models, combining 3D printing precision with simulated silicone tissue.

수술 전 계획 및 실습 교육에서 응용 프로그램을 갖춘 환자 별 실리콘 심장 모델 생성

Three dimensional&#160;models can be a valuable tool for surgeons as they develop surgical plans and medical fellows as they learn about complex cases. In ...