【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于热敏脂质体释放药物研发和作用机制研究，具体涉及基于磁纳米粒子传热的热敏脂质体给药模拟方法及系统。
技术介绍
1、热敏脂质体通常由含有热敏材料的脂质构建而成。在低温下，这些脂质体会形成较稳定的液晶结构，药物被封装在其中。然而，当温度升高到特定阈值时，脂质体会发生相变，从固态或凝胶态变为流动液体状态。这种相变会导致脂质体结构的改变，药物被释放到周围环境。实现了抗癌药物的高效、持续和更安全的递送，有助于延长药物半衰期，减少周围健康组织暴露于细胞毒性药物。使用磁性纳米粒子的磁热疗提供较高温度触发异常组织部位处的包封内容物的释放。除了触发热敏脂质体的作用外，高温产生的热量还可能导致异常组织的进一步死亡，磁热疗最显著的优势是深层组织穿透、局部均匀加热以及将治疗性加热直接输送到异常组织。
技术实现思路
1、考虑将磁热疗与热敏脂质体药物联合治疗的应用前景，以及当前缺乏相关研究手段和工具的现状，一种基于磁纳米粒子传热的热敏脂质体给药模拟方法及系统，以预测磁纳米粒子传热过程中热敏脂质体及释放的阿霉素的浓度分布。包括：步骤s1：构建生物组织几何模型；步骤s2：构建生物组织传热模型，获得生物组织的温度分布；步骤s3：构建流体流动模型，利用达西定律获得间质流体速度和间质流体压力分布；步骤s4：利用有限元的方法求解扩散-对流-反应方程模拟磁热疗期间热敏脂质体浓度分布；步骤s5：利用步骤s4中热敏脂质体浓度模拟热敏脂质体释放阿霉素浓度分布。
2、本专利技术模拟了磁纳米粒子注入后的浓度分
3、需要特别说明的是，本专利技术方案并不涉及疾病的治疗方法，其仅为对药物的作用过程进行虚拟建模的方案，旨在更好地帮助药物和给药方式的研发。
4、本专利技术解决其技术问题具体采用的技术方案是：
5、一种基于磁纳米粒子传热的热敏脂质体给药模拟方法及系统，包括以下步骤：
6、步骤s1：构建生物组织几何模型；
7、步骤s2：构建生物组织传热模型，获得生物组织的温度分布；
8、步骤s3：构建流体流动模型，利用达西定律获得间质流体速度和间质流体压力分布；
9、步骤s4：利用有限元的方法求解扩散-对流-反应方程模拟磁热疗期间热敏脂质体浓度分布；
10、步骤s5：利用步骤s4中热敏脂质体浓度模拟热敏脂质体释放阿霉素浓度分布。
11、进一步地，步骤s1具体为：
12、s11：以椭圆a表示健康组织；
13、s12：以尺寸小于椭圆a的椭圆b表示异常组织；
14、s13：考虑纳米流体的浓度分布，一般可以通过小鼠体内实验，在磁纳米粒子流体输注后，获得pc3肿瘤切片图，其中mnp(磁纳米粒子)区域由perl的蓝色试剂标记；
15、s14：在调整像素阈值之后识别获得感兴趣的mnp(磁纳米粒子)区域；
16、s15：将图像转换为具有相对浓度值的灰度图像；
17、s16：将灰度图像导入有限元软件，完成从像素坐标系到几何坐标系的转换。
18、进一步地，步骤s2具体为：设置人体体温的初始温度，如37℃，求解局部热非平衡方程预测生物组织的温度分布，考虑生物组织和血液温度不同，局部热非平衡方程为：
19、对于组织温度：
20、
21、对于血液温度：
22、
23、其中，ti和tb分别指组织和血液的温度；变量ε，h，g，w分别是生物组织的孔隙率，界面传热系数，血液与组织之间的体积传递面积，血液灌注率；u是血液流速的矢量；ρ，c，k分别是密度，比热，导热系数；qmet，qmnp分别是代谢热生成，磁纳米粒子产热。
24、进一步地，在步骤s3中：利用达西定律预测间质流体速度和间质流体压力分布，达西定律为：
25、
26、其中，ui和pi分别是间质流体速度和间质流体压力；k是间质的水力传导率；
27、不可压缩间隙流体的稳态质量守恒方程为：
28、
29、其中，是从微血管进入细胞外基质的流体流速，是通过淋巴管的流体引流速率；
30、所述稳态质量守恒方程中分别表示为：
31、
32、其中，lp是微血管壁的水力传导率，s/v是每单位体积的血管表面积，pb和pi分别是血管内血压和间质流体压力，σs是血浆蛋白的平均渗透反射系数，πb是血浆渗透压，πi是间质液渗透压；为零。
33、进一步地，在步骤s4中，基于步骤s2构建获得的生物组织传热模型，以生物组织温度控制热敏脂质体释放速率；基于步骤s3构建获得的流体流动模型以得到间质流体速度和间质流体压力分布，然后利用有限元的方法求解扩散-对流-反应方程模拟磁热疗期间热敏脂质体浓度分布，热敏脂质体浓度方程为：
34、
35、其中，cl是热敏脂质体浓度，kel是脂质体阿霉素释放速率，deff是热敏脂质体在多孔介质中的扩散系数；
36、热敏脂质体浓度方程中φ表示为：
37、φ＝φb-φl
38、
39、φl＝0
40、
41、
42、σf＝1-w
43、
44、
45、
46、其中，cp0是热敏脂质体初始浓度，cl是热敏脂质体浓度，kd是血液循环衰减常数，σf是过滤反射系数，w是对流阻碍因子，rs是热敏脂质体半径，r0是血管壁孔隙半径，s/v是每单位体积的血管表面积，是从微血管进入细胞外基质的流体流速。
47、进一步地，步骤s5具体包括以下步骤：
48、步骤s51：基于步骤s4获得的热敏脂质体浓度，利用有限元的方法求解扩散-对流-反应方程模拟间质中游离阿霉素的浓度，游离阿霉素浓度方程为：
49、
50、其中，cf是游离阿霉素浓度，cl是热敏脂质体浓度，kel是脂质体阿霉素释放速率，df是多孔介质中的游离阿霉素扩散系数，crec是细胞表面受体的浓度，是阿霉素可用的异常组织体积分数，kon是阿霉素结合速率常数，koff是阿霉素非结合速率的常数；
51、步骤s52：基于步骤s51获得的游离阿霉素浓度，利用有限元的方法求解方程模拟阿霉素与异常组织受体结合的浓度，阿霉素结合方程为：
52、
53、其中，cb是阿霉素结合浓度，cf是游离阿霉素浓度，是阿霉素可用的异常组织体积分数，kon是阿霉素结合速率常数，crec是细胞表面受体的浓度，koff是阿霉素非结合速率的常数，kint是异常组织摄取速率常数；
54、步骤s53：基于步骤s52获得的阿霉素结合浓度，利用有限元的方法求解方程模拟异常组织内化阿霉素浓度，阿霉素内化方程为：
55、...
【技术保护点】
1.一种基于磁纳米粒子传热的热敏脂质体给药模拟方法及系统，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于磁纳米粒子传热的热敏脂质体给药模拟方法，其特征在于：步骤S1具体为：
3.根据权利要求1所述的基于磁纳米粒子传热的热敏脂质体给药模拟方法，其特征在于：步骤S2具体为：设置人体体温的初始温度，求解局部热非平衡方程预测生物组织的温度分布，考虑生物组织和血液温度不同，局部热非平衡方程为：
4.根据权利要求3所述的基于磁纳米粒子传热的热敏脂质体给药模拟方法，其特征在于：在步骤S3中：利用达西定律预测间质流体速度和间质流体压力分布，达西定律为：
5.根据权利要求4所述的基于磁纳米粒子传热的热敏脂质体给药模拟方法，其特征在于：在步骤S4中，基于步骤S2构建获得的生物组织传热模型，以生物组织温度控制热敏脂质体释放速率；基于步骤S3构建获得的流体流动模型以得到间质流体速度和间质流体压力分布，然后利用有限元的方法求解扩散-对流-反应方程模拟磁热疗期间热敏脂质体浓度分布，热敏脂质体浓度方程为：
6.根据权利要求5所述的基于磁纳米
7.一种基于磁纳米粒子传热的热敏脂质体给药模拟系统，其特征在于：根据权利要求1-6其中任一所述的方法构建获得，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于磁纳米粒子传热的热敏脂质体给药模拟方法及系统，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于磁纳米粒子传热的热敏脂质体给药模拟方法，其特征在于：步骤s1具体为：
3.根据权利要求1所述的基于磁纳米粒子传热的热敏脂质体给药模拟方法，其特征在于：步骤s2具体为：设置人体体温的初始温度，求解局部热非平衡方程预测生物组织的温度分布，考虑生物组织和血液温度不同，局部热非平衡方程为：
4.根据权利要求3所述的基于磁纳米粒子传热的热敏脂质体给药模拟方法，其特征在于：在步骤s3中：利用达西定律预测间质流体速度和间质流体压力分布，达西定律为：
<...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。