動的結腸モデル（DCM）。ポジトロンイメージング技術を用いて特徴づけられたヒト近位大腸のCine-MRIを用いた生体関連インビトロモデル

Dynamic Colon Model (DCM): A Cine-MRI Informed Biorelevant In Vitro Model of the Human Proximal Large Intestine Characterized by Positron Imaging Techniques.

• Konstantinos Stamatopoulos
• Sharad Karandikar
• Mark Goldstein
• Connor O'Farrell
• Luca Marciani
• Sarah Sulaiman
• Caroline L Hoad
• Mark J H Simmons
• Hannah K Batchelor

抄録

この作品は、大腸内腔内の壁の動き、体積、粘性、流体、粒子の動きの相互作用を理解するために、生体関連ダイナミック結腸モデル（DCM）を通知するために、ヒトの結腸壁の動きのin vivo MRI画像を使用しています。DCM内の流体力学と粒子運動は、陽電子放出断層撮影（PET）と陽電子放出粒子追跡（PEPT）を用いて、それぞれ特徴づけられた。インビトロPET画像では、粘度の高い流体は壁の運動に追従して混合が悪いが、粘度の低い流体では良好な混合が観察された。PEPTデータはin vivoデータと同等の粒子変位を示した。流体の粘度を上げると、追跡された粒子の正味の前方への推進力に有利であることがわかった。浮遊粒子を使用した場合、液面上での滞留時間が短く、液面上での速度が大きいことが示され、バルク液よりも速く移動している表面波を示唆している。DCMは、異なる浮力を持つ粒子の流動運動と挙動の理解を提供することができ、その結果、製剤の設計を改善する可能性があります。

This work used in vivo MRI images of human colon wall motion to inform a biorelevant Dynamic Colon Model (DCM) to understand the interplay of wall motion, volume, viscosity, fluid, and particle motion within the colon lumen. Hydrodynamics and particle motion within the DCM were characterized using Positron Emission Tomography (PET) and Positron Emission Particle Tracking (PEPT), respectively. In vitro PET images showed that fluid of higher viscosity follows the wall motion with poor mixing, whereas good mixing was observed for a low viscosity fluid. PEPT data showed particle displacements comparable to the in vivo data. Increasing fluid viscosity favors the net forward propulsion of the tracked particles. The use of a floating particle demonstrated shorter residence times and greater velocities on the liquid surface, suggesting a surface wave that was moving faster than the bulk liquid. The DCM can provide an understanding of flow motion and behavior of particles with different buoyancy, which in turn may improve the design of drug formulations, whereby fragments of the dosage form and/or drug particles are suspended in the proximal colon.