ES2834199T3 - Sistema y método de exposición - Google Patents

Abstract

Un método de transporte de un bolo de aerosol desde un generador de aerosol que comprende los pasos de (a) introducir una ráfaga de aerosol dirigida hacia arriba desde el generador de aerosol en la parte inferior de una cámara de retención (500) generalmente orientada en vertical que tiene una forma adaptada para acomodar el volumen de aerosol en ráfagas; (b) permitir que el aerosol se sedimente y se recoja como una nube por medio de gravitación en dicha cámara de retención; (c) introducir una capa de aire limpio más ligero sobre dicha nube de aerosol más densa; (d) sedimentar un aerosol más denso como una nube en la cámara de retención de modo que alcance un límite estable hacia el aire limpio más ligero de arriba; y (e) recibir una corriente de aerosol dirigida hacia abajo en un conducto de salida (504) dirigido hacia abajo ubicado en una parte inferior de la cámara de retención.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y método de exposición

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un sistema y a unos métodos adaptados para estudiar o apoyar el estudio de la absorción pulmonar de un agente aerosolizado.

Antecedentes de la invención

Los fármacos inhalables aerosolizados para su inhalación se consideran generalmente como alternativas concebibles a las inyecciones u otros tipos de sistemas de administración de fármacos, tales como administración intravenosa, inyecciones subcutáneas o intramusculares. Por ejemplo, es deseable administrar insulina mediante inhalación de una forma aerosolizada para mejorar el cumplimiento del paciente. Sin embargo, es un problema general con aerosoles inhalables que la dosis administrada es inexacta en comparación con las inyecciones y que la cantidad correcta requerida para administración no se mide con frecuencia adecuadamente para su administración. Tanto para la administración sistémica de fármacos como para el cribaje de fármacos con aerosol utilizando modelos pulmonares, un bajo nivel de precisión es un inconveniente para el uso apropiado tanto para una terapia segura como para un modelo de cribaje ingenioso.

En la mayor parte de la práctica clínica, es deseable administrar una dosis predeterminada de fármaco con el menor tiempo de exposición posible, preferiblemente una maniobra de inhalación de una sola respiración que dispensa un bolo bien controlado de fármaco aerosolizado con una alta concentración en el tracto respiratorio. Por lo tanto, sería igualmente deseable imitar esta estrategia de exposición también en el proceso temprano de desarrollo de fármacos para recopilar datos tan relevantes como sea posible. Sin embargo, esto rara vez se ha logrado debido a limitaciones técnicas en la mayoría de las tecnologías y sistemas de administración de generadores de aerosol. La mayoría de las tecnologías de generadores disponibles tienen salidas continuas que consumen grandes cantidades de sustancia. El propósito de la presente invención es superar esta limitación y permitir exposiciones de tipo bolo a aerosoles respirables también en el desarrollo temprano de fármacos.

La patente de EE.UU. 6.003.512 describe un generador de aerosol por pistola de polvo y métodos de aerosolización y dispensación de polvos. Este equipo proporciona aerosoles inhalables con propiedades altamente repetibles a partir de pequeñas cantidades de polvos. El alto poder de desaglomeración del equipo permite evitar diluyentes y excipientes y que se genere una dosis de aerosol altamente repetible, adecuadamente concentrada, con un tamaño de partícula homogéneo incluso a partir de pequeñas cantidades de polvos cohesivos. Por consiguiente, el generador de aerosol de pistola de polvo ha demostrado ser una herramienta útil para combinar con un pulmón de roedores (IPL) aislado, ventilado y perfundido, como se describe en P Gerde y otros en Inhalation Toxicology, 2004, 16, 45-52 en el que se estudió la deposición pulmonar de hollín de diésel. La patente de EE.UU. N° 5.887.586 (Dahlback y otros) describe un método y un sistema para medir una dosis inhalada por un animal de un fármaco aerosolizado. El sistema comprende medios para medir con mayor precisión la dosis inhalada. Sin embargo, tiene el inconveniente de que la distancia entre el generador de aerosol y el animal se vuelve bastante larga, lo que da como resultado un alto espacio muerto que conduce a pérdidas significativas del fármaco aerosolizado dentro del sistema y que una cantidad relativamente alta de fármaco nunca alcanza los pulmones del animal. La pérdida de fármaco por deposición en el equipo es altamente indeseable, particularmente en el paso inicial de cribaje de candidatos a fármaco debida a razones económicas. La patente de EE.UU. N° 6.269.810 describe un sistema de dosificación pulmonar y métodos para su utilización con fines estrictamente terapéuticos. El sistema depende únicamente de filtros para su calibración, lo cual es insuficiente para una estimación precisa de la dosis depositada con respecto a las pérdidas de aerosol desde el generador de aerosol hasta el objetivo de exposición necesario cuando, por ejemplo, se evalúa el desempeño de candidatos a fármacos. El documento US 2006/0137685 describe un dispositivo de transferencia de aerosol para generadores de aerosol médicos que comprende un elemento conformado adicional ubicado en un plano vertical que constituye un área de almacenamiento de aerosol.

Durante las exposiciones por inhalación a sustancias farmacológicas candidatas, la deposición de una sustancia estudiada en la región objetivo de los pulmones es un proceso deseado que siempre va acompañado de pérdidas no deseadas de material de estudio a través de la deposición en el equipo de administración y en regiones no objetivo del tracto respiratorio. Al principio del proceso de desarrollo de fármacos destinados a su administración por inhalación, la pérdida de sustancia es un factor crítico que impide a menudo selecciones tempranas decisivas por inhalación. Dos mecanismos principales conducen a la deposición de partículas en la pared cuando un aerosol fluye a través de un conducto: pérdidas aerodinámicas y pérdidas electrostáticas. Las pérdidas aerodinámicas se deben a la difusión, sedimentación, impacto e interceptación de partículas, y están influenciadas principalmente por el diámetro aerodinámico medio de la masa (MMAD) del aerosol estudiado y por la dinámica de fluidos del sistema de conductos en estudio. Las pérdidas aerodinámicas se pueden predecir razonablemente bien con modelos teóricos. Las pérdidas electrostáticas se superponen a las pérdidas aerodinámicas y dependen en gran medida de las propiedades del material de polvo estudiado y de las paredes del sistema de conductos. Las pérdidas electrostáticas son más erráticas y difíciles de predecir, y pueden ser el mecanismo de deposición dominante de un aerosol estudiado. Este comportamiento impredecible de los aerosoles de polvo se traduce en pérdidas de sustancias no solo en las paredes de los vasos del equipo generador de aerosol, los sistemas de exposición y en las regiones no objetivo del tracto respiratorio, sino también durante el ajuste de los parámetros de exposición necesarios para alcanzar las exposiciones objetivo en los sujetos estudiados. La intención de la presente invención es abordar ambos problemas.

Un problema específico con las exposiciones por inhalación de tipo bolo es controlar tanto la concentración de aerosol como la duración de la presencia de aerosol en el gas inhalado. En la situación ideal, el aerosol está presente en una concentración predeterminada en el gas inhalado entre el tiempo de activación y el tiempo desactivación, determinado por el patrón de respiración del sujeto de exposición. La concentración de aerosol debe representar una onda cuadrada sin dispersión ni colas al final. Sin embargo, esto es difícil de lograr y una curva de concentración típica para un bolo de aerosol es desigual y contiene una cola más larga de concentración gradualmente decreciente. Un mecanismo fundamental que afecta a bolos de aerosol de aerosol densos es el fenómeno de sedimentación de nubes (NA Fuchs, The Mechanics of Aerosols, Pergamon Press, Oxford UK, 1964). Los aerosoles densos con una densidad promedio que es solo un poco más alta que el aire circundante tienden a moverse en nubes separadas donde la nube se mueve más rápidamente que las partículas individuales en relación con su matriz de gas circundante (véase WC Hinds y otros, Aerosol Science and Technology, Vol. 36, págs. 1128-1138, 2002). La sedimentación de nubes puede ser un factor importante que contribuye a una mayor dispersión de un bolo de aerosol, en particular del extremo final de la exposición a un aerosol. Tal dispersión puede evitar que partes sustanciales de una dosis de aerosol deseada alcancen el área objetivo del tracto respiratorio o que normalmente se depositen en el equipo de exposición o lleguen al área objetivo fuera de la ventana temporal predeterminada.

Los generadores de aerosol intermitentes de tipo ráfaga, tal como la pistola de polvo antes mencionada o el ExuberaMR (Pfizer Inc.) expulsan una estela de aerosol en un medio más o menos inmóvil. La energía cinética de la ráfaga desaglomerante se disipa rápidamente y se forma una estela característica. Posteriormente, la estela se verá afectada por fuerzas difusionales, convectivas y gravitacionales que dispersarán y diluirán el aerosol de la estela. En el caso de exposiciones por inhalación, lo más frecuente es que se desee convertir la estela a ráfagas en un bolo de aerosol para que lo inhale un sujeto de exposición en una o varias inspiraciones. El bolo de aerosol debe presentar un aumento marcado en la concentración de aerosol desde cero hasta un nivel constante y permanecer nivelado hasta que el bolo termine con una disminución gradual a cero desde la concentración promedio. Idealmente, la concentración promedio del bolo debe ser la cantidad de sustancia cargada y aerosolizada dividida por el volumen del bolo.

Por lo tanto, existe la necesidad de administrar de manera precisa y predecible una dosis predeterminada de medicamentos aerosolizados con pérdidas de sustancia minimizadas en el equipo y alcanzar la dosis objetivo sin ninguna exposición de exploración de rango con tejidos o animales. También existe la necesidad de un sistema que permita realizar pruebas precisas de candidatos a fármacos aerosolizables en un paso muy temprano cuando sólo se dispone de pequeñas cantidades de sustancias. Para estos fines, se ha montado un sistema de exposición conectando el generador de aerosol a través de una disposición de colector con un pulmón perfundido aislado o con el tracto respiratorio de animales intactos. Es evidente que el sistema de exposición mencionado, que incluye el generador de aerosol de pistola de polvo, puede emplearse eficazmente cuando se seleccionan y evalúan nuevos candidatos a fármacos para una acción local en los pulmones o para la absorción sistémica a través de la administración pulmonar. Especialmente, el sistema de pistola de polvo puede ser parte de una disposición y una metodología, lo que reduce en gran medida las cantidades y el preprocesamiento de medicamentos sintetizados, simplifica el proceso de cribaje y reduce el empleo de material biológico, incluidos los animales de prueba. El método descrito en las siguientes secciones está adaptado para cumplir con tales requisitos.

Compendio de la invención

El objeto de la presente invención se consigue con un método y un dispositivo según las reivindicaciones independientes.

Descripción de la invención

En los términos más generales, la presente invención se refiere a un sistema adecuado para estudiar o predecir la interacción entre un pulmón y un agente aerosolizado que comprende un generador de aerosol conectado de forma hermética a una disposición de exposición. El sistema está adaptado para recoger una porción de aerosol generado periódicamente de un generador de aerosol intermitente en una cámara de retención de aerosol adecuada, proporcionar luego un flujo de aerosol de transporte desde la cámara de retención de aerosol del generador de aerosol a una unión de flujo y proporcionar un flujo de aerosol de exposición desde la unión de flujo para su distribución a un órgano de exposición con capacidad respiratoria. De este modo, se proporciona un flujo de aerosol residual, que se transporta alejándose de la unión de flujo. La disposición de exposición también comprende una función de control de flujo para controlar el flujo de aerosol de transporte, lo que en este contexto significa que la función puede comprender unos medios tanto para generar un flujo predeterminado como para supervisar la dirección de flujo. La disposición de exposición comprende además un dispositivo de control de caudal ubicado aguas arriba de la unión de flujo para controlar el flujo de aerosol de transporte y un dispositivo para medir la concentración de partículas en el aerosol ubicado aguas abajo del dispositivo de control de caudal. También en un sentido general, el sistema es adaptable para estudiar o predecir la interacción entre un agente aerosolizado y pulmones de diferentes tamaños. El volumen de la cámara de retención de aerosol se adapta luego a un volumen pulmonar estimado del órgano de exposición con el fin de quedar clasificado en uno de los tres escenarios de exposición que se describirán.

Debe entenderse que el sistema incluye varios conductos adaptados para el transporte sellado del aerosol desde el generador hasta el órgano de exposición. En este contexto, la persona experta en la técnica entiende cómo seleccionar y ensamblar conductos para minimizar la pérdida de aerosol debido a extensiones innecesarias, cavidades u otras trampas para partículas.

Al describir el sistema y sus diferentes partes o constituyentes, se usarán en la presente memoria los términos "distal" y "proximal". Debe entenderse que el extremo distal del sistema es la parte donde se genera el aerosol y el extremo proximal es la parte donde se estudia la interacción entre el aerosol y el órgano de deposición. Por consiguiente, los términos distal y proximal se utilizan para definir la posición en el sistema con respecto a las dos partes funcionales mencionadas.

El término "aerosol" se denomina frecuentemente neblina de gotitas líquidas; sin embargo, el término utilizado en el presente contexto se refiere a una suspensión de partículas sólidas en el flujo de aire. Por consiguiente, el término "aerosol" también puede significar un "bolo de aerosol" que describe un volumen de aire con partículas suspendidas de una formulación. El volumen de aire puede variar, a modo de ejemplo, desde aproximadamente 3 ml hasta menos de aproximadamente 4 litros, mientras que las partículas pueden tener un diámetro preferiblemente de aproximadamente 0,1 a 10 micras. Los términos "aerosol", "partículas", "partículas de aerosol", "formulación aerosolizada" y similares se usan indistintamente en el presente contexto y se referirán a partículas de formulación compuestas por un medicamento farmacéuticamente activo y un portador que están formados para su administración aerosolizada.

Se entiende que el órgano de deposición se define ampliamente como un órgano que interactúa con el aerosol, en el cual, o en el que se depositan partículas del aerosol, es decir, una fracción de la dosis de aerosol totalmente administrada que interactúa con el órgano de deposición. En el contexto de la presente invención, un órgano de deposición puede ser un pulmón aislado ventilado y perfundido, el pulmón de un animal de prueba conectado al sistema, con una máscara nasal o catéter intratraqueal, o un filtro de inhalación adaptado para interactuar con el aerosol. Los términos "objetivo de exposición" u "órgano de exposición" también se utilizan en el contexto de la presente invención y deben considerarse que tienen el significado general similar al de "órgano de deposición", es decir, un objetivo para la administración de aerosol con el sistema y los métodos de la invención.

Un ejemplo se refiere al sistema descrito previamente adaptado para predecir la dosis de un agente aerosolizado que se ha de depositar en un pulmón aislado, ventilado y perfundido o en el pulmón de un animal de prueba. Según esta realización, el flujo de aerosol de exposición se dirige de forma hermética desde la confluencia hasta un órgano de exposición que comprende un filtro de inhalación dispuesto en una carcasa adaptada para establecer una exposición controlada del órgano de exposición al aerosol. El filtro de inhalación está conectado a un simulador de respiración adaptado para realizar el patrón de respiración de un animal de prueba. Se describirá cómo el sistema puede adaptarse fácilmente para realizar diferentes capacidades respiratorias. Además, en esta realización, la función de control de flujo proporciona un caudal controlado de transporte de flujo de aerosol entre la cámara de retención de aerosol y el punto de confluencia y, en un aspecto preferido, la función de control de flujo es una fuente de vacío ubicada aguas abajo de la unión de flujo. En determinadas circunstancias, se prefiere que la función de control de flujo comprenda uno o varios dispositivos de control de la dirección de flujo para garantizar que sea correcta la dirección de flujo de transporte. Además, el sistema de esta realización tiene un dispositivo de entrada de aerosol conectado de forma hermética a la parte de tapa de carcasa y provisto de un canal generalmente tubular para distribuir el aerosol de transporte a la unión de flujo; y un dispositivo de filtro provisto de un canal generalmente tubular conectado a la unión de flujo para recibir un flujo de aerosol residual y una cámara de filtro aguas abajo provista de un portafiltros desmontable para un filtro de aerosol residual. Preferiblemente, el canal tubular del dispositivo de entrada de aerosol se extiende en un ángulo que no excede de 45 grados desde el plano esencialmente horizontal del filtro residual en el que se depositan partículas residuales de aerosol y queda retenido por gravedad. Esta disposición evita las pérdidas de partículas por gravedad de los filtros muy revestidos. El filtro de inhalación del sistema tiene una parte distal acoplable a los medios de conexión con una tapa de dicha carcasa y una parte proximal conectada a un portafiltros liberable que comprende un filtro de deposición. Un conducto de filtro se extiende entre dichas partes proximal y distal con una extensión que se corresponde sustancialmente con la extensión del conducto entre la unión de flujo y el sujeto de exposición. Es preferible que el conducto de filtro y dicho canal tubular del dispositivo de entrada de aerosol estén ubicados en un ángulo de aproximadamente 45 grados. También es preferible que la función de control de flujo sea una fuente de vacío ubicada aguas abajo del dispositivo de filtrado.

En un aspecto de la realización expuesta, el sistema se opera con un flujo de aerosol de transporte que es mayor que la capacidad de flujo respiratorio de exhalación generada por el simulador de respiración. Este también sería generalmente el caso de los animales de prueba que tienen una capacidad pulmonar pequeña.

En otro aspecto de la realización expuesta, el sistema se opera con una capacidad de flujo respiratorio de exhalación que excede el flujo de aerosol de transporte, que se aplicará a un animal de prueba con un pulmón de tamaño promedio. En este caso, la función de control de flujo comprende preferiblemente una válvula unidireccional ubicada aguas arriba del dispositivo de supervisión de flujo. Además, el flujo de aerosol de transporte se puede soportar con un globo de ventilación ubicado aguas arriba del dispositivo de supervisión de flujo.

Mientras que los dos aspectos mencionados están relacionados con condiciones en las que se consideran pulmones de tamaño pequeño o medio, la realización expuesta del sistema puede adaptarse a condiciones en las que los pulmones son grandes (es decir, de animales más grandes tales como perros). En tal caso, el simulador de respiración funciona con un volumen tidal que excede el volumen de la cámara de retención de aerosol y en el que la función de control de flujo incluye al menos dos válvulas unidireccionales. La gran capacidad de respiración reduce el flujo residual de aerosol y el sistema puede funcionar en ausencia de un dispositivo de filtro conectado a la unión de flujo. En su lugar, se coloca una válvula unidireccional aguas abajo de la unión de flujo en el flujo residual para garantizar que no se pierda ningún aerosol durante las exhalaciones. Otra válvula unidireccional está ubicada preferiblemente aguas arriba del dispositivo de supervisión de flujo y un globo de ventilación, con la función descrita anteriormente, puede estar ubicado entre la válvula unidireccional y el dispositivo de supervisión de flujo.

Aunque hasta ahora se han descrito realizaciones del sistema de la invención que están adaptadas para predecir cómo interactúa el aerosol con un órgano de deposición, el sistema se puede ejecutar fácilmente con un IPL o un animal de prueba con esencialmente las mismas características que las descritas en esencialmente las mismas condiciones. Sin embargo, en lugar del filtro de inhalación como se describe, el sistema comprende ahora la conexión de unas adaptaciones desde la unión de flujo hasta un IPL en una carcasa o una máscara nasal o un catéter traqueal de un animal de prueba.

Por consiguiente, para estudiar la interacción entre un pulmón con capacidad respiratoria que genera un volumen tidal menor que el volumen de la cámara de retención de aerosol, el sistema comprende un flujo de aerosol de exposición dirigido de manera hermética desde la confluencia; y una función de control de flujo que proporciona un caudal controlado de flujo de aerosol de transporte entre la cámara de retención de aerosol y la confluencia. La función de control de flujo es preferiblemente una fuente de vacío ubicada aguas abajo de la unión de flujo. En este caso, el sistema puede comprender además un dispositivo de filtro provisto de un canal generalmente tubular conectado a la unión de flujo para recibir un flujo de aerosol residual y una cámara de filtro aguas abajo provista de un portafiltros desmontable para un filtro de deposición de partículas de aerosol.

En caso de que el órgano de deposición sea un IPL, éste se aloja en una carcasa adaptada para recibir de forma hermética el flujo de aerosol de exposición desde la unión de flujo. Preferiblemente, el IPL se perfunde con fluido de perfusión durante el ciclo de exposición con el aerosol y, para este propósito, la carcasa está adaptada para recibir un flujo de fluido de perfusión y cuenta con medios para recoger repetidamente fluido de perfusión para su análisis y estudio, por ejemplo, conectándolo a un colector de fracciones de fluido y dispositivos analíticos adecuados. Estas partes pueden considerarse generalmente como parte del sistema de exposición, pero como se convierten en parte de la presente invención, no se describen adicionalmente en este contexto.

Cuando el órgano de deposición es el pulmón de un animal de prueba, el sistema se adapta de manera similar al tamaño del pulmón, es decir, a la capacidad respiratoria del animal como se describió anteriormente. El animal está conectado herméticamente al punto de confluencia para recibir el flujo de exposición a través de una máscara nasal o una disposición similar. Para los animales que tienen una capacidad de flujo respiratorio de exhalación que excede el flujo de aerosol de transporte, la función de control de flujo comprende además un dispositivo de restricción de la dirección de flujo ubicado aguas arriba del dispositivo de supervisión de flujo. Preferiblemente, el dispositivo de restricción de la dirección de flujo es una válvula unidireccional y la función de control del flujo puede comprender además un globo de ventilación con capacidad para mejorar el flujo del aerosol de transporte. Para un animal de prueba grande con capacidad respiratoria que genera un volumen tidal mayor que el volumen de la cámara de retención del aerosol, los dispositivos de control de la dirección de flujo comprenden una primera válvula unidireccional ubicada aguas arriba del dispositivo de supervisión de flujo y una segunda válvula unidireccional ubicada aguas abajo de la unión de flujo para controlar la dirección del flujo residual y un globo de ventilación con capacidad para mejorar el flujo de aerosol de transporte puede ubicarse preferiblemente entre la válvula unidireccional aguas arriba y el dispositivo de supervisión de flujo.

El generador de aerosol del sistema comprende preferiblemente el uso de un gas presurizado de rápida expansión para mezclar con una dosis de polvo encerrada y para desaglomerar las partículas de polvo en un aerosol dispensable hacia dicha cámara de retención de aerosol. Un generador de aerosol adecuado de esta clase se describe en la patente de EE.UU. 6.003.512 antes mencionada y comprende, con el fin de aerosolizar y dispensar polvos, una cámara de presión, al menos en una abertura de conducto de expulsión sustancialmente recta en una boquilla de salida a presiones ambientales, una cámara de polvo encerrada para cargar con dicho gas presurizado y mezclar el polvo, y al menos un conducto de presión que conecta dicha cámara de presión y cámara de polvo. En esta realización, la boquilla de salida sustancialmente circular tiene una abertura de sección transversal sustancialmente uniforme y, preferiblemente, el conducto de expulsión comprende un cilindro.

En una realización importante de la presente invención, el diseño del sistema está adaptado al fenómeno de sedimentación de nubes para minimizar la pérdida de aerosol en cámaras y conductos. Es la intención de explotar el fenómeno del sedimentación de nubes con el fin de (1) mantener la concentración inicial de las ráfagas de aerosol generadas intermitentemente lo más constante posible, (2) dispensar el bolo de aerosol generado al sujeto de exposición en porciones, o en su totalidad, con una dispersión o retromezclado mínimos en los extremos anterior o posterior del bolo deseado, y (3), para minimizar las pérdidas de aerosol en las paredes de los vasos del equipo de aerosol y permitir la recuperación del material depositado en el equipo. Para este propósito, los sistemas descritos anteriormente pueden comprender una cámara de retención de aerosol de forma generalmente cónica que se extiende verticalmente entre una parte inferior y una parte superior. La parte superior tiene un área transversal más grande que la parte inferior, lo que le da a la cámara de retención la forma general de cono invertido adaptado para ajustarse a una ráfaga de aerosol en forma generalmente de cono procedente del generador de aerosol siguiendo el límite inferior de la nube de ráfaga. La parte inferior de la cámara de retención tiene una entrada de aerosol adaptada para recibir una ráfaga dirigida hacia arriba de un bolo de aerosol procedente del generador de aerosol. Además, la cámara de retención comprende un conducto de salida en su parte inferior para el transporte aguas abajo del aerosol hacia un objetivo de exposición. Preferiblemente, el conducto de salida está dirigido hacia abajo. Es adecuado que el conducto de salida tenga una dirección hacia abajo de tal manera que un plano que corte el conducto longitudinal y simétricamente tenga un ángulo con un plano horizontal de aproximadamente treinta grados para soportar el transporte adicional del aerosol en el sistema. La parte superior de la cámara de retención de aerosol puede estar provista de un difusor para aire de entrada de un aerosol libre de partículas con el fin de introducir una capa de aire limpio sobre el aerosol introducido.

La presente invención también se refiere a un método novedoso para transportar aerosol en un bolo de aerosol hacia un objetivo de exposición con una concentración uniforme y pérdidas minimizadas. El método comprende generalmente los pasos de introducir una ráfaga de aerosol dirigida hacia arriba desde el generador de aerosol en la parte inferior de una cámara de retención orientada en general verticalmente que tiene la forma de un cono invertido; permitir que el aerosol se sedimente como una nube y aumente de densidad por medio de la gravitación en dicha cámara de retención; introducir una capa de aire limpio más ligero sobre dicha nube de aerosol más densa; y recibir una corriente de aerosol en un conducto de salida dirigido hacia abajo de la cámara de retención para su transporte al objetivo de exposición. El método se realiza preferiblemente mientras se evita la mezcla inestable del aerosol y el aire limpio. Preferiblemente, se deja que el aerosol se sedimente en la cámara de retención bajo la influencia de la gravitación, mientras se disipa la energía cinética inicial de la ráfaga procedente del generador. Durante este proceso, se prefiere que la nube de aerosol alcance un límite estable hacia el aire limpio más ligero introducido anteriormente. El aerosol aumentará de densidad durante la sedimentación y generalmente se considera que un aumento de densidad crítica en la región del 0,1% (en peso) es adecuado para alcanzar un transporte que cumpla los objetivos de la invención. Un conducto de salida ubicado en la parte inferior de la cámara de retención recibirá el aerosol para su transporte posterior a un objetivo. En un ejemplo, el transporte se realiza por gravitación en un sistema dirigido hacia abajo. Al realizar el método de transporte, el aire limpio puede disponerse para ejercer una presión sobre la nube de aerosol, apoyando así su desplazamiento desde la cámara de retención.

Para cumplir con el método de transporte descrito, se dispone una cámara de retención de aerosol para acomodar de una ráfaga de aerosol y el transporte de un aerosol a un objetivo de exposición con una cámara esencialmente vertical extendida entre una parte superior y una parte inferior que tiene una parte superior con un área transversal más grande que la parte inferior. La cámara obtiene así la configuración general de un cono invertido con una parte inferior provista de una entrada de aerosol adaptada para recibir una ráfaga dirigida hacia arriba de un bolo de aerosol procedente del generador de aerosol y un conducto de salida de aerosol para recibir el aerosol para su transporte al objetivo de exposición. La cámara puede disponerse con una función de válvula para abrir el conducto de salida para su transporte y el conducto de salida, preferiblemente está dirigido hacia abajo. Además, la cámara está dispuesta con un difusor ubicado en la parte superior para introducir aire limpio libre de partículas como una capa estable sobre el aerosol más denso.

El método y la disposición descritos para el transporte de aerosol permiten la conversión de una ráfaga generadora de aerosol en un bolo de aerosol con la concentración deseada y con una desviación mínima de una forma de onda cuadrada ideal y con la menor pérdida de material posible. Para este propósito, la cámara de retención y el conducto de exposición están diseñados para minimizar la dispersión o difuminación de bolos de aerosol intermitentes que probablemente sea causado tanto por el fenómeno de sedimentación de nubes o inestabilidades de Rayleigh-Taylor, como por mecanismos aerodinámicos y electrostáticos. Para aerosoles más densos, el mecanismo más importante que causa la dispersión es el fenómeno de sedimentación de nubes.

La presente invención pretende remediar la dispersión provocada por la sedimentación de nubes. Las ráfagas densas de aerosol del generador de aerosol deben sedimentarse por gravedad según una configuración estable lo más rápido posible para presentar un paso distinto en la concentración en el borde de ataque del bolo de aerosol. Para ráfagas en forma de cono procedentes del generador, se sugiere colocar un cono invertido de forma similar siguiendo el límite inferior de la nube de ráfaga. Tan pronto como la energía cinética de la ráfaga se haya disipado, el aerosol rápidamente se convierte en un bolo estable en la cámara de retención cónica y, al sacarlo de la cámara de retención, el aerosol alcanzará rápidamente una concentración alta y constante. Para minimizar la dispersión en el borde trasero del bolo, el bolo de aerosol se desplaza colocando un gas libre de aerosol más ligero sobre el bolo de aerosol más denso. También es una ventaja mantener una pendiente descendente en el conducto de exposición lo más cerca posible del sujeto de exposición. Como resultado, se extrae un aerosol denso de la cámara de retención como un bolo bien definido con poca dispersión hacia el extremo posterior. Cuando se utiliza un dispositivo de tipo difusor para colocar encima el aire libre de partículas, la duración de la concentración de aerosol elevada en la corriente de exposición será cercana al tiempo de vacío de esa corriente en la cámara de retención, y la concentración de aerosol estará cerca de la cantidad de polvo expulsado del generador de aerosol dividido por el volumen de la cámara de retención. En general, se observa que las inestabilidades de Rayleigh-Taylor contribuirán más a una mayor dispersión cuanto mayor sea la concentración de aerosol y menor sea el caudal a través del sistema. En resumen, las mejoras descritas en el transporte de aerosol disminuyen sorprendentemente las pérdidas de material al tiempo que admiten la generación de un bolo de aerosol bien definido que se ha de recibir por un objetivo que se expone al aerosol. Estos hallazgos representan mejoras significativas para muchas aplicaciones en las que la inexactitud de la dosis ha sido un problema como se ejemplifica, pero no se limita a la administración de fármacos aerosolizados durante la terapia.

En otra realización, el sistema de la invención se puede emplear en un método para determinar la cantidad de agente absorbido por los pulmones en un modelo de prueba con un IPL, en el que se realiza un ciclo de exposición con una dosis de aerosol, mientras se perfunde el IPL con fluido de perfusión en un modo de un solo-paso y muestreo de fluido de perfusión aguas abajo del IPL durante la secuencia de exposición con duraciones predeterminadas. Se pesa cada muestra y, al determinar el caudal de perfundido, se calcula la absorción de soluto de los pulmones. Siempre que se mantenga constante la presión hidrostática del perfundido en los pulmones, el caudal medido se puede utilizar como instrumento de diagnóstico para medir los efectos de diferentes agentes o fármacos inhalados sobre la resistencia en la circulación pulmonar tras exposiciones por inhalación con el sistema de exposición actual.

Otro ejemplo se refiere a un método para predecir la dosis administrada pulmonar (o "deposición proyectada de sustancia activa") a un IPL empleando preferiblemente un sistema descrito previamente que comprende un filtro de inhalación en una exposición a aerosol. El método comprende el suministro de un aerosol a partir de una dosis de un agente en forma de polvo con el generador de aerosol y el transporte del aerosol con la disposición de exposición al filtro de inhalación conectado a un simulador de respiración con un volumen tidal predeterminado. En este método, se determinan los valores del diámetro aerodinámico promedio de masa (MMAD) de las unidades de aerosol, el valor de masa de partículas de aerosol depositadas en el filtro residual (Mres) y el valor de masa de aerosol depositado en el filtro de inhalación (Minh). El diámetro aerodinámico medio de masa (MMAD) puede medirse, por ejemplo, mediante un dispositivo impactador en cascada. A partir de estos valores, se puede calcular la dosis administrada pulmonar prevista (Mdep). El método puede incluir además una determinación de la concentración de partículas de aerosol en el dispositivo de entrada de aerosol, por ejemplo con un instrumento que determina la reflexión y/o la dispersión de la luz de las partículas de aerosol que fluyen, y la determinación del valor de masa (Mres) de partículas de aerosol depositadas en un filtro residual que recibe el flujo residual procedente de la unión de flujo. A partir del valor de Mres, se puede determinar la concentración de partículas de aerosol corregida por el factor de filtro (Ccorr). La dosis administrada pulmonar prevista (Mdep) puede determinarse también a partir del patrón de respiración de la disposición de exposición empleando la concentración de partículas de aerosol corregida por el factor de filtro (Ccorr), el volumen tidal (TV) del simulador de respiración y la fracción de aerosol depositada con el diámetro aerodinámico promedio de masa medido (MMAD). Otras características del método de la invención incluyen una función de supervisión del caudal de aerosol en la entrada de la disposición de exposición y la provisión de un caudal de transporte de aerosol constante o sustancialmente constante. Para evitar que se vuelva a respirar la atmósfera de exposición agotada, se prefiere que el caudal de exposición sea al menos tres veces mayor que la ventilación del simulador de respiración.

Un ejemplo se refiere a un método de cribaje de fármacos candidatos en función de sus propiedades de interacción con los pulmones. En primer lugar, se aerosoliza una dosis de polvo de un fármaco candidato con el sistema descrito anteriormente adaptado para determinar la dosis depositada pulmonar prevista (Mdep) según las rutinas descritas anteriormente sin utilizar tejidos o animales. En segundo lugar, la deposición prevista del fármaco de polvo ahora puede usarse para hacer funcionar el sistema con el fin de exponer un pulmón al mismo aerosol para determinar cómo interactúa el fármaco candidato con el tejido pulmonar. En otros términos, la determinación de la dosis que se ha de depositar en el pulmón admite que el sistema se puede ejecutar con un tiempo de exposición optimizado y otras condiciones de operación como se describió anteriormente en pruebas posteriores con sujetos de prueba, lo que optimiza en gran medida las condiciones cuando se dispone de pequeñas cantidades de material de prueba. El pulmón puede ser un IPL o el pulmón de un animal de prueba. Preferiblemente, el flujo de aerosol de transporte se mantiene esencialmente igual. Preferible y ventajosamente, se utilizan pequeñas cantidades de fármacos en la escala de mg, tales como menos de 100 mg. Siguiendo el esquema del método, se mejoran aún más las ventajas generales del sistema al operar con cantidades optimizadas de material caro y se puede realizar efectivamente una discriminación rápida y fiable entre diferentes candidatos a fármacos en una etapa preclínica temprana. Los estudios de interacción disponibles con el método incluyen no solo estudios de absorción del fármaco candidato, sino que también son igualmente factibles para estudiar una serie de efectos fisiológicos, incluida la actividad del fármaco ejercida en o a través de los tejidos pulmonares, tal como el metabolismo, las respuestas farmacológicas y toxicológicas, incluida la aparición de acción terapéutica, así como aspectos de biodisponibilidad y famarcocinéticos. El sistema actualmente inventado y las metodologías que utilizan el sistema reducirán y simplificarán el descubrimiento y las fases preclínicas del desarrollo de fármacos y, por lo tanto, serán de gran beneficio para reducir los costes en una industria que adolece de cargas crecientes al intentar encontrar nuevos productos originales para su aprobación en el mercado. El sistema y los métodos descritos son igualmente útiles en aplicaciones de diagnóstico, en los que la metodología descrita se puede aplicar para determinar la deposición pulmonar y determinar la sensibilidad de las vías respiratorias a un agente. Los mismos beneficios serán evidentes para una aplicación de diagnóstico con respecto a la baja precisión de dosificación y prueba.

Otro aspecto importante de la presente invención es el método de minimizar las pérdidas de aerosol en la cámara de retención y el entubado permitiendo que sólo el aerosol fluya hacia abajo con el gradiente gravitacional hacia el sujeto de exposición. El flujo con el gradiente gravitacional evita que las inestabilidades de Rayleigh-Taylor provoquen un retromezclado o una dispersión innecesarios del bolo de aerosol. Otro método para minimizar la pérdida de sustancia es permitir la recuperación del polvo de las paredes del recipiente de la cámara de retención. El polvo depositado en la pared se puede recuperar de las paredes de la cámara de retención uniendo la cámara de polvo con una junta de goma en la tapa de la cámara de polvo y con una junta revestida de caucho en la parte superior de la columna. Al final de una serie de exposiciones con el mismo material, las paredes marcadamente inclinadas de la cámara de retención se hacen vibrar con un dispositivo adecuado para permitir que el polvo suelto se deslice por gravedad hacia una pequeña bandeja de lámina metálica colocada sobre la tapa de la cámara de polvo. La bandeja de metal se puede quitar fácilmente después de las exposiciones y se puede recuperar el polvo.

La siguiente descripción detallada muestra una serie de ejemplos del sistema de la invención y su funcionamiento que no están destinados a limitar el alcance de protección como se indica en las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 muestra una vista esquemática del sistema según la invención.

La figura 2A es una vista lateral del dispositivo de filtro, el dispositivo de entrada de aerosol y la tapa de carcasa con medios de conexión de aerosol.

La figura 2B es una vista en sección transversal de la figura 2A a lo largo de la línea AA.

La figura 3 es una vista en sección transversal del filtro de inhalación.

Las figuras 4A, B y C son representaciones esquemáticas de tres configuraciones de exposición principales.

La figura 5 es una vista en sección transversal de la cámara de retención según la presente invención.

La figura 6 muestra la cámara de retención con el conducto de salida.

La figura 7 muestra gráficos de experimentos del sistema de exposición con peroxidasa de rábano picante.

Descripción detallada de la invención

Descripción del sistema de exposición y de un ciclo de trabajo

Con referencia ahora a la figura 1, se describe un ciclo de trabajo del sistema de exposición. La figura 1 muestra un sistema que incluye un generador de aerosol 10, integrado con una cámara de retención de 300 ml, una disposición de colector de exposición para dirigir y regular la duración de la exposición y un sistema de control computarizado para la automatización y control de las exposiciones. El generador de aerosol consta de tres componentes principales (no mostrados): una cámara de polvo de volumen fijo, una cámara de presión de volumen variable y una válvula de liberación rápida. Para obtener más detalles sobre el generador de aerosol y su equipo de soporte, se hace referencia también a P Gerde y otros Toxicology Inhalation, 2004, 16, 45-52 que se incorpora como referencia. Para recibir el aerosol recién generado, la cámara de polvo está conectada a la cámara de retención. El aerosol se administra al sujeto de exposición 20 alojado en la carcasa de exposición 70 por medio de un colector de exposición hecho a medida con válvulas de pinza activadas neumáticamente, designadas V1, V2, V3 y V4 en la figura 1, y una línea de exposición que conduce más allá del sujeto de exposición (la cánula traqueal del pulmón perfundido aislado de una rata (IPL). Se obtiene una presión negativa, que impulsa el flujo de exposición del aerosol más allá del sujeto de exposición, mediante el uso de una fuente de vacío controlada con precisión 30. La nube se extrae de la cámara de retención con la fuente de vacío controlada con precisión hasta el dispositivo de entrada de aerosol (no mostrado) y un filtro residual inmediatamente aguas abajo (50) (Waltham GF/A, Reino Unido). El filtro residual 50 recoge todo el aerosol que ha pasado por alto o que ha sido exhalado por los pulmones. Las partículas depositadas en el filtro residual esencialmente horizontal serán retenidas por la gravedad. El sistema de exposición puede mantener una exposición a un bolo de polvos secos aerosolizado durante aproximadamente 1-2 minutos. La carcasa de exposición incluye una disposición de perfusión para perfundir el IPL y está conectada a un colector de fracciones 40 para un estudio adicional de la interacción entre el IPL y el aerosol. El sistema está totalmente controlado por ordenador con un paquete de software LabView 60 en un ordenador portátil. El sistema supervisa y registra para uso en el sistema de control la presión en la cámara de presión, el caudal de entrada a la línea de exposición, la concentración de partículas y los pesos y tiempo de duración de todas las muestras perfundidas. La presión en la cámara de presión se supervisa durante la generación de aerosol con un transductor de presión WIKA Microtronic. La lectura de presión se utiliza para restablecer la válvula principal a cualquier presión restante elegida en la cámara de presión. La función disminuye el volumen de gas impulsor agregado a la cámara de retención durante la última fase de descompresión cuando queda poco aerosol por generar. El registro de presión también servirá para detectar cualquier taponamiento del conducto de salida de la cámara de polvo. El caudal en la entrada de la línea de exposición se supervisa con un neumotacógrafo Fleisch y un transductor de presión Validyne. El registro muestra tanto el componente de flujo constante inducido por la fuente de vacío como el patrón de respiración superpuesto de la IPL. La función de control de exposición calcula y registra el volumen tidal del pulmón que respira durante las exposiciones. La concentración de partículas se mide en tiempo real en la salida del colector de exposición mediante el instrumento de dispersión de luz Casella Microdust Pro. El registro se utiliza para estudiar en detalle el bolo de aerosol saliente y para permitir la limitación de la exposición al aerosol a una fracción del bolo existente. Además, la distribución del tamaño de partículas del aerosol generado se determina con un impactador en cascada Marple, por lo que la distribución de masa se determina en un intervalo de tamaños de aproximadamente 0,5 -12 micrómetros. El impactador en cascada está colocado en la posición de la carcasa para la unión de flujo. La distancia desde la cámara de retención hasta la primera etapa del impactador es aproximadamente la misma que la distancia desde la cámara de retención hasta la bifurcación principal de los pulmones durante las exposiciones. La preparación de una exposición de aerosol con sistema incluye la generación de aerosol con aproximadamente 100 ml de aire comprimido a 20-160 bar. El polvo en una cantidad de 0,1 a 5 mg se carga manualmente en la cámara de polvo. El caudal de exposición se ajusta al volumen deseado y se hace pasar a través de la línea de derivación. Los eventos del ciclo de exposición completo son controlados por el equipo LabView. La cámara de presión se presuriza conectando primero la válvula V5 y luego desconectando inmediatamente. La generación de aerosol se activa al soltar la válvula principal del generador de aerosol. La generación de aerosol comienza inmediatamente y la nube de aerosol se recoge en la cámara de retención. La válvula principal se puede restablecer a cualquier sobrepresión restante en la cámara de presión. Esto disminuye el volumen del gas impulsor añadido a la cámara de retención durante la fase posterior de descompresión cuando queda poco aerosol por generar. Con un tiempo de retardo ajustable después de disparar la válvula de alta presión, el flujo de exposición se redirige desde la rama de derivación a la rama de exposición abriendo simultáneamente las válvulas V1 y V3 y cerrando las válvulas V2 y V4. La duración de la exposición se puede ajustar a la duración deseada. Un valor de referencia adecuado es el volumen de la cámara de retención dividido por el caudal de exposición. A valores que excedan considerablemente este número, todo el volumen de aerosol será eluido del sistema. Al final de la fase de exposición predeterminada, el flujo de exposición se cambiará de nuevo a la rama de derivación. Las válvulas V1 y V3 se cierran, mientras que las válvulas V2 y V4 se abren y finaliza el ciclo de exposición. Durante la fase de generación de aerosol del ciclo de exposición, la presión en la cámara de presión se supervisa continuamente y se muestra en el panel frontal del software. El registro de presión se puede guardar como un archivo de datos para su posterior análisis.

El sistema admite una serie de ventajas inmediatas. No es necesario que los pre-impactadores eliminen los agregados más grandes. Las sustancias se pueden usar con mayor frecuencia en forma pura sin la necesidad de involucrar excipientes o diluyentes con el fin de aumentar la dosis liberada de aerosol respirable a los pulmones. Por lo tanto, se puede lograr una alta dosis objetivo por inhalación en un período de tiempo corto.

Descripción de la deposición pulmonar, rendimiento del aerosol y distribución del tamaño de partículas proyectados

El primer procedimiento de una exposición por inhalación utilizando un nuevo material de estudio es determinar la distribución del tamaño de partículas del aerosol generado. Un impactador en cascada Marple está conectado a la salida de aerosol del generador. Se coloca en la cámara de polvo la misma cantidad de material que se planeó para las exposiciones, y se hace pasar a un caudal constante de 2 L/min a través de la línea de derivación hasta una fuente de vacío aguas abajo del impactador. El aerosol se genera y se hace pasar a través del impactador. Después de la generación, la deposición en las etapas del impactador se mide gravimétricamente y se calculan el MMAD y GSD para el aerosol. Una vez que se ha determinado la distribución del tamaño de partículas, se pueden calcular una fracción de deposición teórica para las especies utilizadas de pulmón y el patrón de ventilación a partir de cualquiera de los modelos publicados.

Luego, con el fin de evitar exposiciones de exploración de rango utilizando animales vivos y gastando material de estudio precioso, se usa una configuración de filtro de inhalación para predecir directamente la deposición pulmonar de aerosol electrostáticos en particular. El sistema de aerosol DustGun se configura como durante las exposiciones. En lugar del animal vivo o un pulmón perfundido aislado, se coloca un filtro de inhalación al final del sistema de entubado que esencialmente imita el entubado de las exposiciones pulmonares hasta una posición en la que el aerosol de exposición entra en el sistema respiratorio del sujeto de prueba. El filtro de inhalación está conectado a un ventilador mecánico que simula el patrón de ventilación del sujeto de prueba durante el tiempo de la exposición al aerosol. Usando un circuito con dos válvulas unidireccionales, sólo pasa por el filtro el aerosol inhalado. El aire agotado exhalado sortea el filtro para evitar la resuspensión de partículas del filtro. El aumento de peso en el filtro de inhalación se corresponde con la cantidad de material inhalado por el sujeto de prueba durante las exposiciones. Después de la multiplicación con la fracción de deposición, se puede obtener una estimación mucho más precisa de la dosis depositada en el pulmón. La fracción de deposición se puede ajustar para una mayor deposición de un aerosol electrostático en los pulmones. Simultáneamente, se mide la deposición en el filtro residual Mres y se usa para corregir la concentración de aerosol registrada por el instrumento Casella. Además, para cada exposición de prueba se calcula la relación Minh/Mres.

Tabla 1: Resumen de los parámetros de resultados más importantes de las exposiciones.

Se pueden calcular dos estimaciones diferentes de la dosis depositada durante las exposiciones de los sujetos.

I. La deposición se calcula a partir de la deposición fraccional multiplicada por el volumen tidal multiplicado por la concentración de aerosol corregida sumada a todas las respiraciones de la exposición:

Mdep = £Fdep X TV X Ccorr

II. La deposición se calcula a partir de la relación de los pesos de inhalación/filtro residual de los tiempos de prueba de preexposición multiplicados por el peso del filtro residual de la exposición multiplicado por la fracción de deposición.

Mdep = (Minh/Mres)prueba X MreSexp X Fdep

Ambas estimaciones se calculan y se comparan. Es importante lograr estimaciones de exposición precisas, especialmente cuando no se puede obtener un equilibrio de masa total de la sustancia de estudio en el sujeto de exposición cuantificando la sustancia de estudio en todos los tejidos y excretas.

Descripción de las realizaciones

La figura 2A muestra en general el dispositivo de entrada de aerosol y el dispositivo de filtro total como una estructura integrada 100 unida de manera hermética a la parte de tapa 150 de una carcasa que aloja el órgano de exposición y está conectada con un entubado 180. La figura 2B es una vista en sección transversal de la estructura 100 a lo largo de AA en la figura 2A que muestra el dispositivo de entrada del aerosol con un canal generalmente tubular que recibe un flujo de aerosol del generador de aerosol del sistema descrito en la figura 1. Una boquilla generalmente designada como 130 está dispuesta en una parte de tapa desmontable 155 situada en el centro y está en conexión con el entubado 180 que, a su vez, se puede conectar al órgano de exposición (no mostrado) con un catéter o un dispositivo similar. El órgano de exposición, como se ejemplifica con un pulmón aislado, ventilado y perfundido alojado en la carcasa (no mostrado), inhala el flujo de aerosol recibido del dispositivo de entrada de aerosol 110 a través de la boquilla 130, mientras que también realiza exhalaciones. El aerosol no consumido a través de la boquilla 130 entrará en el dispositivo de filtro 120 que está provisto de un canal tubular que recibe un flujo de aerosol residual y una cámara de filtro aguas abajo 125. La cámara de filtro 125 está provista de un portafiltros desmontable 126 para un filtro residual 127 y un conducto de salida 128 que está conectado con una fuente de vacío aguas arriba (no mostrada) capaz de generar un flujo controlado a través de la cámara del filtro. La cámara de filtro 125 y el dispositivo de entrada están generalmente dispuestos para generar condiciones que eviten pérdidas de partículas de aerosol. Para este propósito, el canal tubular se extiende en un ángulo de 45 grados desde el plano del filtro residual, y la superficie del filtro residual es esencialmente horizontal para retener las partículas depositadas por gravedad.

La figura 3 muestra un filtro de inhalación 300 especialmente dispuesto en sección transversal que está diseñado para reemplazar la parte de tapa desmontable 155 ubicada en el centro y la disposición de boquilla de la figura 2A. El filtro de inhalación tiene un conducto 350 ubicado en el centro entre las partes proximal y distal y entre su entrada 340 que recibe aerosol del dispositivo de entrada representado en la figura 2A, y la parte proximal está provista de unos medios 360 para conectar un filtro de deposición (no mostrado). La longitud del conducto entre el punto de confluencia y el filtro está adaptada para representar la longitud entre el punto de confluencia y el pulmón en una disposición cuando se hace funcionar el sistema con un animal de prueba. El conducto del dispositivo de inhalación y el canal tubular del dispositivo de entrada de la figura 2A están dispuestos en un ángulo de 45 grados para optimizar las condiciones de flujo y minimizar las pérdidas de partículas aerosolizadas.

Las figuras 4A a C ilustran esquemáticamente tres modos diferentes de funcionamiento del sistema de la invención para especificar la dosis de aerosol administrada al pulmón. Los sistemas de las figuras 4A a C tienen un generador de aerosol DustGun con una cámara de retención de aerosol que se abre después de la generación de aerosol para proporcionar un flujo de aerosol a la línea de exposición. Los sistemas tienen un neumotacómetro al comienzo de la línea de flujo de exposición y un instrumento Casella ubicado aguas abajo en la línea de flujo antes de un punto de confluencia desde el cual se toma un flujo de exposición del flujo de transporte al filtro de inhalación acoplado con un simulador de respiración (no mostrado), dejando un flujo residual. La figura 4A muestra un sistema adaptado para pulmones pequeños que tienen un flujo de ventilación máximo Qvent menor que el flujo de aerosol de transporte en la línea de flujo de exposición Qexp. En este caso, el simulador de respiración proporciona un volumen tidal (TV) que es menor que el volumen de la cámara de retención Vcámara y el flujo de transporte es generado por una fuente de vacío. Se depositará una cantidad relativamente pequeña de partículas aerosolizadas en el filtro de inhalación en comparación con el filtro en la línea de flujo residual. La figura 4B ilustra una disposición de sistema adaptada para el estudio de pulmones de tamaño medio con Qvent excediendo el flujo de exposición en la línea de flujo (Qexp), pero con un volumen tidal menor que el volumen de la cámara de retención. Para asegurar un flujo correcto y no perder aerosol del sistema, esta disposición está provista de una válvula unidireccional y un globo de ventilación ubicados aguas arriba del neumotacómetro en la línea de flujo de exposición. La figura 4C muestra un sistema dispuesto para el estudio de pulmones grandes con un volumen tidal que excede el volumen de la cámara de retención de aerosol. En esta realización, se contempla que la mayor parte de la dosis de aerosol será consumida por el animal, por lo que en comparación con la disposición de la figura 4B, no tiene un dispositivo de filtrado en el flujo residual, sino una segunda válvula unidireccional aguas abajo en el flujo residual considerando las grandes cantidades de aire exhalado e inhalado, por lo que se puede mantener un flujo correcto en el sistema.

La figura 5 muestra una vista esquemática en sección transversal de una cámara de retención de aerosol 500 adaptada para acomodar una ráfaga de aerosol y transportar un aerosol a un objetivo de exposición (no mostrado), que tiene una entrada 502 y un conducto de salida 504. La entrada 502 está adaptada para conectarse a un generador de aerosol (en la figura 1 denominado 10) para recibir una ráfaga de aerosol desde el generador de aerosol 10. El conducto de salida 504 está adaptado para distribuir un flujo de aerosol de exposición a un órgano de exposición (no mostrado). La cámara de retención de aerosol 500 está adaptada para montarse verticalmente con su entrada 502 dirigida hacia abajo. Además, la cámara de retención de aerosol 500 está provista de una guía 516 en la parte superior para fijar la cámara de retención de aerosol 500. El conducto de salida 504 se extiende en un ángulo de aproximadamente 30 grados hacia abajo desde el plano horizontal. La cámara de retención de aerosol 500 tiene generalmente forma cónica, teniendo la parte superior un arco transversal mayor que su parte inferior. La cámara de retención de aerosol 500 está dividida en un compartimento inferior 506 y un compartimento superior 508, estando conectados entre ellos de forma hermética pero liberable, comprendiendo el compartimento inferior 506 la entrada 502 y el conducto de salida 504. Además, el compartimento superior 508 que contiene un tamiz o malla perforada con o sin filtro, comprende un difusor 512 adaptado para introducir aire limpio y libre de partículas como una capa estable sobre el aerosol más denso. El difusor 512 está ubicado en la parte superior del compartimiento superior 508 y comprende una entrada de aire limpio 514 y un tamiz/disco perforados. Sin embargo, una persona experta en la técnica comprenderá que cualquier otro difusor adecuado podría usarse de la manera descrita.

La figura 6 muestra una vista esquemática en sección transversal de la parte inferior de la cámara de retención de aerosol 500, donde se proporcionan la entrada 502 y el conducto de salida 504 (ambos con referencia a la figura 5). La entrada 502 está adaptada para conectarse a un generador de aerosol (en la figura 1 referido como 10) con el fin de recibir una ráfaga de aerosol desde el generador de aerosol 10. El generador de aerosol 10 está provisto de un anillo de empaque 602 para proporcionar una conexión hermética con la entrada 502. La retirada de aerosol procedente de la cámara de retención 500 al sujeto de exposición se controla con dos válvulas de pinza y una línea de derivación 606. En la configuración de exposición, el sujeto de exposición está expuesto al aerosol a través del conducto de salida 504 y una válvula de pinza abierta que actúa sobre el tubo en 604. La línea de derivación 608, que alimenta aire libre de aerosol al sujeto de exposición a través del acoplamiento en T 606, se cierra entonces con una válvula de pinza no mostrada. En la configuración de derivación, el sujeto de exposición está expuesto a aire libre de aerosol a través de la línea de derivación 608 con una válvula de pinza abierta, en la que la válvula de presión de la línea de exposición se cierra en 604. Aunque se aplican válvulas de clavija en esta realización de ejemplo, una persona experta en la técnica comprenderá que se podrían utilizar cualesquiera otras válvulas adecuadas de la manera descrita.

El soporte 610 está provisto de una cavidad 612, adaptada para contener el instrumento de medición de aerosol, que medirá la concentración de aerosol de la mezcla de aerosol y aire fresco. El soporte 610 está provisto además de una salida, adaptada para transportar la mezcla de aerosol y aire fresco a través de un entubado respiratorio 614 hacia un órgano de exposición 616.

La figura 7 muestra tres pruebas diferentes con peroxidasa de rábano picante seca micronizada (HRP) en las cantidades de 2,21; 2,65 y 2,68 mg de HRP aerosolizado para exposiciones con un IPL mediante el sistema que se muestra en la figura 1 y descrito anteriormente. La figura 7 muestra unas curvas (e1 a e3) que muestran la concentración de partículas de aerosol medida con un instrumento Casella registrada 100 veces por segundo. Las curvas D1 a D3 muestran la dosis inhalada prevista a partir de estos volúmenes cuando se considera el volumen tidal (características respiratorias) del IPL. Las diferentes curvas exhiben una excelente correlación entre las diferentes exposiciones.

La figura 8 muestra la cantidad de HRP en los perfundidos de dos exposiciones diferentes de un IPL con un nivel más alto y otro más bajo de HRP. Se recogieron fracciones de perfundido cada 40 segundos. La figura 9 muestra la cantidad acumulada de h Rp de los perfundidos mostrados en la figura 9 durante el tiempo total de los períodos de perfusión. Es evidente a partir de estos resultados que el sistema proporciona una baja variabilidad entre diferentes exposiciones, aunque se utilizaron compuestos de prueba aerosolizados de baja cantidad.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Un método de transporte de un bolo de aerosol desde un generador de aerosol que comprende los pasos de (a) introducir una ráfaga de aerosol dirigida hacia arriba desde el generador de aerosol en la parte inferior de una cámara de retención (500) generalmente orientada en vertical que tiene una forma adaptada para acomodar el volumen de aerosol en ráfagas;

(b) permitir que el aerosol se sedimente y se recoja como una nube por medio de gravitación en dicha cámara de retención;

(c) introducir una capa de aire limpio más ligero sobre dicha nube de aerosol más densa;

(d) sedimentar un aerosol más denso como una nube en la cámara de retención de modo que alcance un límite estable hacia el aire limpio más ligero de arriba; y

(e) recibir una corriente de aerosol dirigida hacia abajo en un conducto de salida (504) dirigido hacia abajo ubicado en una parte inferior de la cámara de retención.

2. Un método según la reivindicación 1, en el que la cámara de retención tiene la forma de un cono invertido.

3. Un método según la reivindicación 1 o 2, que comprende evitar la mezcla inestable del aerosol y el aire limpio.

4. Un método de transporte según la reivindicación 1, en el que el transporte del aerosol desde la cámara de retención se realiza por gravitación.

5. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el aire limpio ejerce una presión sobre la nube de aerosol, apoyando así su desplazamiento desde la cámara de retención.

6. Una cámara de retención de aerosol (500) para el alojamiento de una ráfaga de aerosol y para el transporte de un aerosol a un objetivo de exposición con un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que la cámara se extiende esencialmente en vertical entre una parte superior de la cámara de retención de aerosol y una parte inferior de la cámara de retención de aerosol, teniendo dicha parte superior un área de sección transversal mayor que dicha parte inferior proporcionando a la cámara la configuración general de un cono invertido, en la que dicha parte inferior tiene

(i) una entrada de aerosol (502) adaptada para recibir una ráfaga dirigida hacia arriba de un bolo de aerosol procedente del generador de aerosol; y por separado

(ii) un conducto de salida de aerosol (504) para recibir el aerosol para su transporte al objetivo de exposición, y en la que un difusor (512) está ubicado en la parte superior y está adaptado para introducir aire limpio libre de partículas como una capa estable sobre el aerosol más denso.

7. Una cámara de retención de aerosol según la reivindicación 6, que comprende una función de válvula para abrir el conducto de salida para la operación de transporte.

8. Una cámara de retención de aerosol según la reivindicación 6 o 7, en la que el conducto de salida está dirigido hacia abajo.

9. Una cámara de retención de aerosol según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en la que la cámara de retención de aerosol comprende un compartimento inferior (506) y un compartimento superior (508) que están conectados entre ellos de forma hermética, pero liberable, estando el compartimento inferior provisto de la entrada de aerosol y del conducto de salida de aerosol.