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ANSYS的博客

2018年10月5日

模拟优化化疗植入治疗胰腺癌

很少有像胰腺癌这样狡猾的疾病。它像杂草一样蔓延,并且抵抗化疗。

胰腺癌通常无症状,生存率低,常被误诊为糖尿病。而且,这种暴力杀手几乎总是无法手术的。

胰腺肿瘤对化疗的抵抗力来自于它在自身周围形成的支持结缔组织或基质的屏障。


传统的化疗通常会被肿瘤基质阻断。

目前的治疗方法试图通过增加静脉注射化疗的剂量来克服这种防御。可悲的是,这种方法很少奏效,而且高剂量对病人来说格外困难。

尽管如此,医生需要一种方法来缩小这些肿瘤,这样他们就可以在不危及胰腺周围众多器官和血管的情况下通过手术切除它们。

“我们说,如果你不能让药物从血液中进入肿瘤,为什么不直接通过基质呢?高级化疗技术公司(ACT)的首席技术官威廉·道奇(William Daunch)问道Ansys启动程序成员。“我们正在开发一种可以直接植入胰腺的医疗设备。它通过离子导入将药物穿过器官,穿过基质到达肿瘤。”

通过直接治疗肿瘤,医生理论上可以用更小剂量的化疗将肿瘤缩小到可手术的大小。这将显著减少药物对病人身体其他部位的影响。

如何用一点电化学治疗胰腺癌

大多数用于治疗胰腺癌的药物都是收费的。这意味着它们受到电动势的影响。

ACT发明了一种医疗设备,利用电化学和离子电泳技术,利用药物的电荷来突破基质的防御。

该装置包含一个带电极的贮液器。储液器与连接输液泵的管子相连。这种设置确保储存库不断被填充。如果储液器已满,则剂量不变。


ACT的化疗医疗器械使用的离子电泳简化图。

管子和电线都连接到一个端口,通过手术植入病人的腹部。

电路由病人背部的一块金属板完成。

“当输液泵运转并通电时,电动势将药物推入基质组织,而无需针头。药物可以在大约一个小时内进入基质组织10到15毫米。这足以穿过基质进入肿瘤,”道奇说。


ACT的化疗医疗设备示意图。

道奇补充说:“实验室测试表明,这种医疗设备在治疗小鼠体内的人类胰腺癌细胞方面非常有效。”“使用传统的输注疗法,肿瘤增长了700%,而仅使用自然扩散装置,肿瘤就增长了200%。然而,当使用离子导入装置时,肿瘤缩小了40%。这可能会把一个无法手术的肿瘤变成一个可以手术的肿瘤。”随后在犬中进行的放大装置测试表明,人体装置所需的穿透深度和低全身毒性。

道奇指出,美国食品和药物管理局(FDA)注意到了这些结果。ACT的下一步是开发一种人体临床设备,并进行人体安全性试验。

模拟优化胰腺癌化疗植入体的流体动力学

在这些有希望的测试之前,ACT在提出化疗植入物时面临一些设计挑战。

例如,“在储层中的电极上有一些电解。这会产生气泡,改变电极的阻抗,”道奇解释说。“我们需要一种机制来清除表面的气泡。”

另一个挑战是,ACT永远不知道医生将把设备放在胰腺的确切位置。因此,清除气泡的机制需要从任何方向起作用。


模拟有助于ACT设计他们的医疗设备,使气泡不会聚集在电极上。

“我们过去Ansys流利Ansys的发现不断迭代一系列设计,”Daunch说道。“我们的设计团队很快就对我们的工作进行了建模和验证。我们还注意到,气泡不需要离开储层,只需要离开电极。”

道奇解释说:“如果我们把电极放在碗状储液器的突起处,气泡就会移动到一边的凹槽中。”“电极中心的快速流体流动和周围较慢的流体流动将把气泡从电极上推下来,直到气泡浮到顶部。”

因此,重新设计的储层内的自然流体流动能够确保气泡不会影响电极的阻抗。

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