Выбор оптимальной точки может иметь решающее значение, особенно для пациентов, страдающих хронической инфекцией носовых пазух.
Новые инструкции по использованию назальных спреев могут помочь доставить как минимум в восемь раз больше лекарства, уменьшающего воспаление, в пораженные ткани носовых пазух, по словам доцента кафедры машиностроения Университета Южной Дакоты Сайката Басу. Он использовал вычислительную гидродинамику для моделирования аэрозольных баллончиков, предназначенных для помощи пациентам с хроническими проблемами носовых пазух, в рамках проекта Национального института здоровья при Медицинской школе Чапел-Хилл Университета Северной Каролины.
Басу начал работать с доцентом Джулией С. Кимбелл из отделения отоларингологии UNC в качестве постдокторского исследователя в апреле 2016 года. Он продолжил это сотрудничество с момента прихода в SDSU в январе 2019 года.
«Спреи для местного применения — это первая линия лечения, направленная на уменьшение воспаления носовых пазух. Хирургия применяется только тогда, когда лекарства больше не действуют», — сказал Басу. Новый протокол может помочь большему количеству пациентов получить облегчение, не прибегая к хирургии носовых пазух, что снизит расходы на здравоохранение.
Более 14% американцев страдают хроническим синуситом, и это число растет, опубликованной в июле 2019 года. Ежегодно на лечение этого заболевания уходит от 3,4 до 5 миллиардов долларов.
Регулировка угла, глубины
Исследователи обнаружили, что распылительную насадку следует вставлять в ноздрю на пять восьмых дюйма и держать под углом от 35 до 45 градусов для оптимального распределения лекарства.
Это более глубокое введение и более крутой угол, чем в действующих рекомендациях по применению назального спрея, и в результате вероятность попадания лекарства в желаемое место в восемь-десять раз выше «.
Сайкат Басу, доцент кафедры машиностроения, Государственный университет Южной Дакоты
Он является ведущим автором статьи с описанием результатов моделирования аэрозолей в июньском выпуске журнала Scientific Reports за 2020 год.
«Когда больше лекарств попадает в эти критические области, эффект должен быть лучше», — сказал Басу, опубликовавший около десятка журнальных статей об интраназальном переносе и местных лекарствах.
Построение, проверка модели
Чтобы определить, как нанести стероидный спрей на пораженные полости носовых пазух, исследовательская группа использовала компьютерную томографию пациентов с хроническим синуситом для создания 3D-печатных моделей. Затем Басу с помощью вычислений интегрировал трехмерные модели в программное обеспечение ANSYS и смоделировал перенос лекарств и вдыхаемый воздушный поток.
«Одна из проблем — сложная структура носовых ходов», — сказал Басу. Чтобы преодолеть эту проблему, он разделил носовые ходы на 12 сегментов. Затем он включил данные о размерах капель аэрозоля от 5 до 25 микрон, а также о силе, с которой распылитель приводится в действие, в вычислительную модель.
«Более мелкие капли проникают дальше в воздушное пространство», — сказал он. «Чтобы капли большего размера попали в цель, нам нужно правильно ориентировать распылитель».
Посоветовавшись с врачами, исследователи выбрали узкий коридор в носовых пазухах, называемый остиомеатальным комплексом, в качестве оптимального места для размещения противовоспалительного лекарства. Басу объяснил, что слизь из верхних полостей пазух стекает через этот канал в нижние области под щеками.
Чтобы экспериментально проверить компьютерное моделирование Басу, исследователи добавили радиоактивные частицы в спрей, чтобы отследить, где капли осаждались в гибких 3D-печатных носовых моделях. Чтобы воспроизвести угол наклона распылителя и глубину его введения в носовые ходы, исследователи использовали специально разработанное устройство позиционирования.
Кроме того, вакуумная линия, подключенная к проточному клапану, имитировала поток воздуха на основе данных о дыхании. «Воздушный поток в носовых пазухах этих пациентов, которые нуждались в хирургии носовых пазух, часто ухудшается из-за их состояния», — отметил он. Это тщательное экспериментальное тестирование подтвердило точность прогнозной модели Басу.
Следующим шагом будет набор пациентов для клинических испытаний. Для этого Басу и исследователи UNC подали заявку на дополнительное финансирование NIH для сотрудничества с медицинскими школами Университета Дьюка и Университета Висконсина.
