Nápady a objevy

30. srpna 2015

Model plic pomůže přejít od píchání inzulinu k jeho inhalaci

Průhledný model plic

Nepíchat si inzulin pod kůži, ale vdechovat ho. A nejen inzulin, ale i jiná léčiva. Na tom, aby měli cukrovkáři nebo třeba lidé s cystickou fibrózou pohodlnější život, pracují vědci z Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně. Zkoumají totiž proudění aerosolu v plicích. Tedy plynu, který obsahuje drobné částice, ať už jsou to léčiva, pyl nebo škodliviny v ovzduší. Navrhli a vytvořili jeden z nejdokonalejších modelů plic na světě. „I když se kolegové ve světě věnují této problematice mnoho let, není zatím dostatečně probádaná, protože plíce jsou neskutečně složitý orgán. My jako strojaři se zaměřujeme na proudové pole v plících. Ovlivňují ho kombinace mnoha parametrů, například to, zda člověk dýchá pusou, nosem, či kombinovaně, jestli dýchá mělce, nebo hluboce, rychle, pomalu, zda má rýmu. Klíčové také je, zda aerosol inhalujete na začátku, nebo v průběhu nádechu. A to jsem zdaleka nevyjmenoval všechny důležité aspekty,“ uvedl profesor mechaniky Miroslav Jícha. Právě on je duchovním otcem výzkumného tématu, na kterém pracuje pětičlenný tým interních odborníků a další kolegové z jiných fakult a univerzit.

Vědci zkoumají pohyb aerosolu díky dvěma typům modelů. Na průhledném měří laserem rychlost částic v jednotlivých bodech, na rozebíratelném sledují, kde se částice usadily. Oba chrání patent. „Náš nejnovější model má i ústní dutinu a především větvení do sedmé a osmé průdušky. Celkově je těch větvení třiadvacet, ale takový model nemá nikdo a zatím je nereálné ho vyrobit. Dýchací cesty v nižších částech plic se při dýchání smršťují a roztahují, a to se velmi špatně modeluje,“ vysvětlil František Lízal, který na projektu také pracuje. Na americké Drexel University mají datový model do sedmnáctého větvení, ale chybí mu horní cesty dýchací. „Ty přitom zásadně ovlivňují proudění aerosolu, bez nich nikdy experiment nedosáhne realistických výsledků,“ zdůraznil Jan Jedelský, další z vědců, kteří na projektu pracují. Upozornil zároveň, že brněnský tým jako jeden z mála provádí jak experimenty, tak i počítačové simulace. „To je výjimečné, většinou se vědci specializují jen na jednu oblast,“ podotkl.

Odborníci nyní tvoří systém, díky kterému by model dýchal realističtěji než doposud. „Pokud se to podaří, bude to výrazný skok dopředu. Současný systém umožňuje nastavení reálného dechového cyklu pouze pro nádech. Ale když vzduch natáhnu a pak ho tam vrátím, půjde jinou cestou, než je tomu ve skutečnosti. Právě ve vyřešení tohoto problému spočívá ono výrazné zlepšení,“ doplnil Lízal s tím, že by vědci dokázali řídit nádech i výdech na deseti terminálních větvích zvlášť. Ne všechny se totiž nafukují ve stejný moment a stejným tempem. Navíc před nimi leží další výzva: vyrobit model, ke kterému připojí i nosní dutinu. „Chceme na tom pracovat s kolegy ze zámoří, nyní čekáme, zda na tento projekt získáme peníze,“ informoval Jícha.

Brněnský tým stojí ještě na jednom rozcestí. A sice, zda se soustředit na farmakologické aerosoly, nebo environmentální látky, tedy například pyl či prachové částice ze znečištěného vzduchu. Ty totiž mají jiné vlastnosti. „Obojí je důležité. V oblasti znečištění ovzduší se zkoumají dopady na zdraví člověka: které látky jsou neškodlivější a na co se tedy primárně zaměřit při snahách o zmírnění znečištění,“ podotkl Jedelský. Rozhodnutí, kterou cestou se vydat, podle něj ovlivní nejen společenská závažnost, ale i dotační výzvy či zájem partnerů z komerční sféry. Jednou ze společností, se kterou již vědci spolupracují, je tabákový koncern Philip Morris ve švýcarském Neuchâtelu. „Zajímá je například, jak se v plících chová vdechovaný kouř. Měníme si s nimi data a také u nich provádíme experimenty. Navíc jsme jim poskytli jeden náš starší model plic,“ řekl Jícha.

Kateřina Konečná

Vstoupit do fotogalerie

TémataFakulta strojního inženýrství věda a výzkum zaměstnanci spolupráce

Související články:
Na VUT vyvinuli motor na stlačený plyn. Zájem o něj mají v Indii
Radim Chmelík: Uvidíme ještě zajímavé věci
„Vypečená“ konzola míří z tiskárny do vesmíru
Na strojní fakultě otestovali nový turbovrtulový motor
Umí robotům dodat zrak či cit. Systémy z VUT využívají zejména automobilky