ارائه مدل محاسباتی ساده‌‌شده به جهت بررسی تاثیر پارامترهای مختلف بر انتقال سیال و دارو درون مویرگ‌ مغزی و در عبور از سد خونی- مغزی

امروزه اختلالات سیستم عصبی مرکزی به عنوان یکی از عوامل عمده مرگ و میر در جهان به‌شمار می‌رود. به‌‌منظور کارآمدی درمان این اختلالات، نیاز است مقدار قابل ملاحظه‌ای از دارو به محل مشخصی از مغز برسد. اصلی ترین مسیر برای دسترسی به فضای مغز، عبور از سد خونی-مغزی در امتداد لومن مویرگ‌ها بوده و تنها نانوذرات قابلیت عبور از این سدها را دارا هستند. شبیه‌سازی‌های دینامیک سیالات محاسباتی ما را مقدور می‌سازد تا شرایط و احتمالات گوناگون مرتبط با چگونگی توزیع این مواد در فضای مغز را بررسی نماییم . هدف اصلی این پژوهش، بررسی پارامترهای موثر بر توزیع غلظت داروها، با به کارگیری یک مدل ساده‌سازی شده است. در مطالعه حاضر، نرم افزار کامسول جهت شبیه‌سازی جریان درون مویرگ و بافت‌ اطراف مورد استفاده قرار گرفت و بافت پیرامون مویرگ به صورت محیطی متخلخل با نفوذپذیری یکنواخت مدلسازی گردید. نتایج حاکی از آن است که سرعت دهانه ورودی، بیشترین تاثیر را بر پروفیل غلظت می‌گذارد. به طوری که با افزایش سرعت از 1 بهmm/s 5/1 ، غلظت در بافت مغز 14% افزایش یافت. همچنین با افزایش 60% در قطر مویرگ، غلظت در اولین لایه از دیواره مویرگ در حدود کمتر از 1% کاهش یافت.

Providing a Simplified Computational Model to Examine the Effect of Various Parameters on Fluid and Drug Transport Within the Cerebral Capillary and Across the Blood-Brain Barrier

Nowadays, Central nervous system disorders are one of the leading causes of death in the world. For an efficient treatment, it is essential to transport a considerable amount of drugs to a specific region of brain. The main pathway to deliver drugs to the brain parenchyma is crossing the Blood-Brain Barrier (BBB), located along the capillary lumen, but only nanoparticles are able to transverse this physical barrier. Computational Fluid Dynamics simulations allow us to investigate various conditions and possibilities relating to distribution of substances in the brain parenchyma. The main purpose of this research is to investigate the influence of key parameters on solute concentration distribution using a simplified model. In this study, the COMSOL Multiphysics has been used to simulate fluid flow within the capillary and surrounding tissues were treated as a porous media with uniform permeability. The results indicate that inlet velocity has the greatest effect on concentration profile. SO that, by increasing the velocity from 1mm/s to 1.5mm/s, concentration of drug in the brain tissue rose 14%. Concentration decreased approximately less than 1% at first layer of capillary, by 60% increase in capillary diameter also.