CFD simulation and validation of flow in small arteries to enable further drug delivery studies

Abstract

ABSTRACT : Treatments based on nanocarriers such as nanoparticles have emerged as alternatives to overcome common limitations and side effects caused by traditional treatments against cancer and neurological diseases. The main attribute of nanoparticles stems from the fact that they can transport pharmacological agents in a guided manner. This allows drugs to selectively target diseased rather than healthy tissues. This work was aimed at modeling and simulating fluid flow inside small arteries and experimentally validating the model through quantitative measurements of pressure and flow rates. The validity of the model was evaluated in the light of different indexes of percentage agreement between simulated and measured values. The model was previously verified via mesh convergence analysis and qualitative observations of velocity profile. Our findings provide a robust basis for studying nanoparticle transport in arteries as the developed platform enables their releasing and remote manipulation both in silico and in vitro.

RESUMEN : Los tratamientos basados en nanoportadores como las nanopartículas han surgido como alternativa para superar las limitaciones y los efectos secundarios de los tratamientos tradicionales contra el cáncer y las enfermedades neurológicas. La principal ventaja de las nanopartículas radica en el hecho de que pueden transportar agentes farmacológicos de forma guiada, de modo que las drogas alcanzan preferiblemente tejidos afectados en vez de tejidos sanos. Este trabajo se enfocó en el modelado y simulación del flujo de fluido en arterias pequeñas y la validación experimental del modelo a través de medidas cuantitativas de presión y tasas de flujo, a la luz de diferentes índices de porcentaje de ajuste entre los valores simulados y medidos. El modelo fue previamente verificado mediante el análisis de convergencia de la malla y las observaciones cualitativas del perfil de velocidad. Nuestros hallazgos sirven como base sólida para el estudio del transporte de nanopartículas dentro de las arterias, ya que la plataforma desarrollada puede ser empleada para su liberación y manipulación remota tanto in silico como in vitro.