Ученые разработали новые алгоритмы адресной доставки лекарств в дыхательные пути
На сегодняшний день при лечении легочных заболеваний врачи все чаще прибегают к ингаляционной, или аэрозольной терапии, которая зарекомендовала себя как наиболее эффективный и безопасный способ доставки лекарственных препаратов в бронхолегочную систему. Область ее применения постоянно расширяется: помимо лечения астмы и хронической обструктивной болезни легких, ингаляции применяют для введения вакцин, антивирусной и антибактериальной терапии, профилактики респираторных инфекций и в других случаях.
В клинической практике более 50 лет используется дозирующая аэрозольная форма доставки лекарственных препаратов. Параллельно создаются и совершенствуются другие типы ингаляционных устройств: порошковые ингаляторы, жидкостные ингаляторы, mesh-небулайзеры. Однако все они имеют ряд ограничений, например, внушительные размеры и недостаточную скорость распыления.
«Применение более совершенных систем доставки аэрозоля, использование современных пропеллентов позволяют увеличить легочную депозицию и сделать точнее адресность доставки лекарств при использовании более низких доз препарата. Вместе с тем, возможность адресного, таргетного строго контролируемого воздействия аэрозоля на конкретные зоны дыхательных путей недостаточно изучена», — отмечает доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Дмитрий Антонов.
Новая математическая модель для эффективной доставки лекарств
Над исследованием по созданию более инновационных методов доставки лекарств работает группа ученых из Томского политехнического университета, Сеченовского университета и Университета Цинхуа (Китай). В рамках проекта планируется разработать прогностический математический аппарат для точного позиционирования капель и частиц в верхних, средних и нижних отделах дыхательных путей.
Ученые проведут серию экспериментов на трехмерной модели легких, после чего будут регистрировать, как происходит доставка лекарственных препаратов в виде растворов, эмульсий, суспензий и ингаляторов методами Interferometric Particle Imaging, Shadow Photography, Particle Image Velocimetry.
Так, уже на первом этапе исследований была выявлена математическая модель для прогнозирования процессов прогрева и испарения капель жидкостей для широкого класса практических приложений, включая медицину, энергетику и транспорт. Ее особенность — возможность сопряжения жидкой и газовой фазы посредством инструментов математической физики.
«Перед нами стоит задача решить фундаментальную проблему по детальному адресному спрейному распылению лекарственных препаратов в дыхательные пути для повышения эффективности и безопасности терапии бронхолегочных заболеваний. Это довольно сложная проблема, так как аэрозоли представлены в виде нескольких физических форм и могут быть созданы разными путями, некоторые из них физически нестабильны и могут быть подвержены испарению, росту, агломерации по мере того, как они проходят путь от устройств доставки до дыхательных путей. Идеальное устройство доставки должно обеспечивать депозицию большой фракции препарата в легких, быть достаточно простым в использовании, надежным и доступным для применения в любом возрасте и при тяжелых стадиях заболевания», — отмечает заведующий лабораторией тепломассопереноса ТПУ Павел Стрижак.
На основе полученной модели ученые будут разрабатывать алгоритмы распыления капель лекарственных препаратов в трехмерной геометрии легких. В будущем это позволит не только усовершенствовать систему доставки лекарств с различными параметрами, но и изучить физические свойства разных видов устройств доставки препаратов.
Первые результаты исследований были размещены в журнале International Journal of Multiphase Flow.