Simulating distribution of drugs depending on solubility in a mathematical rabbit eye model
- 주제(키워드) ocular simulation , drug delivery
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 김현철
- 발행년도 2016
- 학위수여년월 2016. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000060053
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
망막질병을 위한 가장 효과적인 약물전달 방법은 유리체강내 주사이지만, 이 방법은 체내로의 순환으로 인한 부작용을 수반하기 때문에, 치료농도를 맞추기 위한 약물의 주사는 매우 중요한 요소이다. 본 연구의 목적은 수학적인 3D 안구 모델링을 통하여, 다른 용해도를 가지는 두 약물의 유리체강 내 거동을 예측하는 것이다. 본 연구에서는 약물의 친수성이 안구 내 분산에 어떠한 영향을 미치는지 분석하기 위해, 친수성이 강한 약물인 Ganciclovir와 친유성이 강한 Ganciclovir를 사용하였다. 토끼 안구로부터 유리체와 망막 맥락막을 분리하고, Ussing chamber 장비를 이용하여 토끼 안구 조직의 확산 계수를 측정하였고, 이를 적용시킬 수학적 3D 토끼안구모델을 제작하기 위하여 다중물리시스템 소프트웨어를 사용하였다. 약물의 분산을 측정하기 위해, 두 가지의 식, 약물의 분산을 위한 분산 식과 유리체 내 유체의 흐름을 위한 대류식이 적용되었다. 제작된 시뮬레이션 모델은 두 약물의 유리체강내 주사 후 Brimonidine이 Ganciclovir 보다 6, 12시간에서의 최고농도가 3.6, 4.4배 높은 결과를 보였다. Ganciclovir의 유리체 내 사라짐 양상은 상대적으로 빠른 결과를 보였는데, 특히 유리체/망막 경계와 전방부 경계에서 약물의 빠른 흐름이 관찰되었다. 약물의 주사 위치에 따른 비교에 있어서, 안구 전방부에 가까운 주사에서 약물의 농도가 망막에 가까운 주사에서 보다 황반에서 더 길게 지속됨을 보였지만, 전방부로의 약물 사라짐 현상이 빠르게 나타났다. 본 연구는 친수성이 다른 두 가지 약물의 안구조직에서의 확산계수를 측정하고 수학적 3D 모델링을 통해 약물의 분산 정도를 비교를 처음으로 진행하였다. 친유성이 강한 Brimonidine은 약물은 상대적으로 유리체강내 주사 후에 약물의 농도를 긴 시간 유지하는데 있어 이점을 보였다. 또한 유리체강내 주사 시, 황반에 가까운 위치가 약물의 사라짐 효과로 인한 전신으로의 순환으로 발생할 수 있는 부작용을 피할 수 있는 결과를 보였다.
more초록/요약
For many retinal disease, intravitreal injection is most effective drug delivery method. But, as intravitreal injection is accompanied by some side effects, determination of injection to adjust to the therapeutic range is crucial factor. The objective of this study is predicting the distribution of drugs which have different solubility in the vitreous when the drugs are intravitreally injected by simulating the 3D mathematical rabbit eye model. The rabbit eyes were enucleated to tissues, vitreous and the posterior tissues. The diffusion coefficients of the isolated tissues were evaluated through the Ussing chamber experiment. A 3D mathematical model of the rabbit eye was developed using Multiphysics software. To evaluate the drug distribution, two physics, the convection for the flow in the vitreous and the diffusion of drugs were applied. The simulation showed that the highest concentration of Brimonidine is 3.6-fold and 4.4-foled higher than that of Ganciclovir at 6 and 12 hours in the vitreous. The half hours in the vitreous were evaluated to 5 and 12 hours for the Ganciclovir and Brimonidine. The clearance aspect for the Ganciclovir was rapid, showing the high flux amount through V/R boundary and anterior chamber. In injection site 2(near to hyaloid membrane) modeling, drug concentration is maintained longer than injection 1 at the macula but, it showed rapid drug clearance from hyaloid membrane. To the best of our knowledge, it is the first study to evaluate the diffusion coefficients for two drugs which have different solubility and to compare the drug distribution by simulating 3D mathematical rabbit eye model. The Brimonidine, relatively hydrophobic drug have an advantage in delivering through intravitreal injection by maintaining the therapeutic ranges for a long time. The simulation demonstrated that to avoid side effects by drug circulation after intravitreal injection, injection toward macula is required.
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