De toegenomen luchtvervuiling in de afgelopen jaren heeft niet alleen bijgedragen aan de verslechterende milieuomstandigheden in steden over de hele wereld. Het heeft ook de gezondheidsrisico's verergerd voor de mensen die ze bevolken, vooral degenen die lijden aan longziekten, zoals astma of chronische obstructieve longziekte (COPD). Deze dynamiek onderstreept het belang van werk om de werkzaamheid van apparaten voor medicijnafgifte te vergroten, zoals inhalatoren, die actieve farmaceutische ingrediënten toedienen om aandoeningen van de luchtwegen te behandelen.

In Fysica van vloeistoffen, , onderzoekers uit India en Australië beschrijven de resultaten van hun samenwerking bij het ontwikkelen van een computationele evaluatie van de toediening van geneesmiddelen via zowel inhalatoren met een afgemeten dosis onder druk als inhalatoren voor droog poeder om te bepalen hoe het proces kan worden verbeterd.

Hoewel inhalatoren de afgelopen decennia een revolutie teweeg hebben gebracht in de behandeling van longziekten en momenteel worden gebruikt om medicijnen toe te dienen aan patiënten die zijn geïnfecteerd met het COVID-19-virus, "hun werkzaamheid blijft een grote zorg aangezien slechts een derde van het totale medicijn de aangetaste delen van de longen bereikt, " zei co-auteur Suvash C. Saha, van de Technische Universiteit Sydney. "Als resultaat, het medicijnverlies en de kosten van de behandeling worden hoger."

Het kennen van het vermogen om aerosol- of poedervormige geneesmiddelafzetting in de longen te voorspellen, is van vitaal belang om gerichte medicijnafgifte beter te begrijpen, Saha en collega's van het Motilal Nehru National Institute of Technology Allahabad, in India, een rekenmodel opgesteld om te evalueren waar verbeteringen kunnen worden aangebracht.

"Bij hogere stroomsnelheden, inertiële impactie blijkt verantwoordelijk te zijn voor de afzetting van geneesmiddeldeeltjes in het bovenste deel van de luchtwegen, maar met minder beschikbaarheid van geneesmiddeldeeltjes in het distale gebied van de luchtwegen, " zei co-auteur Akshoy Ranjan Paul. "Bovendien, bij lagere stroomsnelheden, er is niet genoeg momentum om deeltjes naar het distale gebied te vervoeren. Als resultaat, er moet een optimale stroomsnelheid zijn [om] het maximale bereik van medicijndeeltjes in het distale gebied te bereiken."

De onderzoekers presenteren een computationeel onderzoek van inhalatiesnelheden en medicijndeeltjesgroottes in een realistisch menselijk longmodel. Met behulp van computationele vloeistofdynamica, de studie laat zien dat er meer geneesmiddeldeeltjes worden afgezet in de rechter bronchiën dan in de linker bronchiën, die relatief gebogen is vanwege de nabijheid van het hart. De belangrijkste bevindingen suggereren dat de medicijnen kleinere deeltjes moeten bevatten om hun bereik in de distale bronchiën mogelijk te maken.

Het onderzoek "is een opmerkelijk voorbeeld dat aantoont hoe het begrip van vloeistofmechanica, en de kracht van computationele vloeistofdynamica, kan informeren over een effectiever ontwerp van medicijnen en apparaten voor het toedienen van medicijnen, " zei Saha.