В ТПУ создают алгоритмы адресной доставки лекарств при лёгочных заболеваниях

Учёные лаборатории тепломассопереноса ТПУ вместе с коллегами исследуют, как точно доставить лекарства в дыхательные пути и вылечить бронхолёгочные заболевания. Они разрабатывают математический аппарат, который позволит точно направить капли и частицы в разные отделы дыхательных путей.

Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (24-45-00012) и рассчитаны на три года. Первые результаты исследований ученых ТПУ опубликованы в журнале International Journal of Multiphase Flow.

Сегодня аэрозольная терапия — лучший и самый безопасный способ доставки лекарств в органы дыхания. Её используют для лечения астмы и хронической обструктивной болезни лёгких, а также для введения вакцин, антивирусной, антибактериальной и иммуносупрессивной терапии, профилактики респираторных инфекций после трансплантации лёгких.

Уже более 50 лет в лечении успешно применяется аэрозольная форма доставки лекарств. Создаются и улучшаются другие ингаляционные устройства: порошковые, жидкостные ингаляторы, mesh-небулайзеры и прочие. У них есть ограничения, например, размеры и скорость распыления капель. Также важны усилия, которые должен прилагать человек во время лечения.

Доставлять лекарства при болезнях органов дыхания сложно, так как частицы препарата по-разному распределяются в дыхательной системе. Это зависит от разных факторов: строения органов, движения воздуха, размера частиц и других.

Более совершенные системы доставки аэрозолей и современные вещества, которые создают давление, позволяют точнее доставлять лекарство в малых дозах. Однако целенаправленное воздействие аэрозоля на определённые участки дыхательных путей изучено мало, — отмечает доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Дмитрий Антонов.

Группа учёных из Томского политехнического университета, Сеченовского университета и Университета Цинхуа (Китай) работает над исследованием. Они хотят разработать математический аппарат, который позволит точно определять положение капель и частиц в разных отделах дыхательных путей.

В ходе исследования учёные проведут серию экспериментов на трёхмерной модели лёгких. Они будут использовать различные методы для изучения доставки лекарственных препаратов в виде растворов, эмульсий, суспензий и ингаляторов.

Учёные ТПУ создали новую математическую модель, которая позволит предсказывать процессы прогрева и испарения капель жидкостей. Она может применяться в медицине, энергетике и транспорте. Модель позволяет связать жидкую и газовую фазы с помощью методов математической физики. На её основе будут созданы алгоритмы распыления капель лекарств в лёгких.

Это позволит изучить свойства устройств доставки аэрозольных препаратов для лечения нижних дыхательных путей.

На основе подхода Эйлера-Лагранжа мы хотим выявить общие закономерности в адресной доставке различных видов аэрозолей. А также создать математическую систему, которая позволит анализировать распыление лекарственных препаратов и специфику их адресной доставки при разных параметрах.

Нам нужно решить проблему адресного распыления лекарств в дыхательные пути, чтобы сделать терапию бронхолёгочных заболеваний более эффективной и безопасной.

Для этого необходимо разработать единую систему оценки эффективности и безопасности аэрозольных лекарств. В основе этой системы будет математическая модель адресного аэрозольного распыления при лечении бронхолёгочных заболеваний.

Это сложная задача, так как аэрозоли могут быть созданы разными способами и представлены в разных физических формах. Некоторые из них нестабильны и могут испаряться, расти или слипаться по пути к лёгким.

Устройство доставки должно обеспечивать попадание большей части лекарства в лёгкие, быть простым, надёжным и доступным для пациентов любого возраста и с тяжёлыми стадиями заболевания, — заключает Павел Стрижак, заведующий лабораторией тепломассопереноса ТПУ.

18.09.2024