你有没有捏神经？感觉就像被一个小的闪电击中，但值得庆幸的是，疼痛通常会在几天内消失。但是，那些遭受更严重伤害的人并不那么幸运，而且疼痛可以连续持续数月。药物输送系统（例如神经指南）可以帮助加速愈合过程。在设计此类设备时，生物工程师需要对药物反应动力学有透彻的了解。那就是模拟的地方…
用药物降低神经指南治疗神经损伤
神经充当人体的控制和消息系统，使我们能够微笑和挥手，并告诉我们什么时候感觉太热了。当这些细胞中的一个被捏，拉伸或其他受伤时，该区域开始发送遇险信号，从而导致感觉范围从轻微的不适和僵硬到麻木和剧烈的疼痛。
戴腕支架可以帮助减轻腕管综合症的症状，腕管综合症的症状是由中间神经的压力引起的常见疾病。
当神经损伤严重时，医生必须尽快修复神经。这样做的一种方法是植入神经指南。神经指南有助于神经正确地生长，确保在组织愈合时不会纠结途径。它们还可以设计用于现场提供药物，以减轻疼痛并加快愈合过程。这些不留出太多疤痕的小型设备也可以由可生物降解的生物材料制成，因此甚至不需要去除它们。
神经指南利用人体的康复机制来控制释放药物的位置。当组织损坏时，它会产生酶。一旦插入神经指南，该酶就会慢慢食用该药物周围的材料。最接近组织的部分降解最快，因此该药物被“引导”到受伤的神经。
与任何药物输送设备一样（例如透皮药物输送贴片），控制药物反应的行为对于神经指南至关重要。例如，生物工程师必须确保随着时间的流逝，释放药物释放稳定，永远不会变得太多（避免“爆发释放”）或太少，以确保患者的安全和舒适。但是，了解这种行为可能很困难，因为它受到多个方面的影响，包括：
为了深入了解这些因素如何影响药物反应动力学，生物工程师可以使用模拟。在下一部分中，我们会查看一个用comsolMultiphysics®软件和附加化学反应工程模块。
从生物材料神经指南中释放药物
该模型由损坏的神经细胞组织组成，神经细胞组织是一种代表神经指南的生物材料基质，也是围绕两者的介质。在生物材料中，药物分子附着在与基质键合的肽上。
您可以分为两个部分分析药物反应动力学：一个完美的混合环境和空间依赖的环境。第一个是0D，仅在使用该药物反应动力学方面求解，随着时间的流逝反应工程界面以描述反应系统。至于依赖空间的系统，它显示了药物如何通过稀释物种的运输界面，跟踪分子的运动。在这里，神经指南具有3D的圆柱几何形状，如下所示。但是，您可以利用轴向对称性将模型减少到2D。
神经细胞的空间依赖模型，生物材料神经指南（左图中的红色）以及3D（左）和2D（右）的周围环境。
为了检查分子如何随时间释放，通过0D模型检查了两种类型的药物释放机制：
- 该药物只是从肽中分离出来，而后者仍然附着在基质上。
- 基质由于酶催化而降解，释放了药物肽物种。一旦释放，物种就会分开。
至于2D模拟，您可以检查该药物在模型中如何随着时间的推移扩散，确定该指南是否有助于该药物正确靶向受损的神经。
请注意，矩阵中可能发生多种类型的反应。虽然我们没有在此博客文章中详细介绍这些反应，但您可以看到如何在从生物材料矩阵教程文档中释放药物。
评估Comsol®软件中的药物反应动力学
完美混合系统
在下面，您可以查看此神经指南设计的不同分子的浓度如何随着时间的流逝而变化。在模拟开始时，您可以看到第一个作用中的机制：该药物简单地解离。如下图所示，基质结合的药物肽物种的数量迅速下降，而基质结合的肽种类的数量有所增加。这些变化也反映在药物浓度的迅速上升中，该浓度达到其最大量（〜7.71 mol/m3）仅在0.03秒内。
随着生物材料降解总计需要约5000秒，药物释放的第二种机制发生在10到5000秒之间。结果表明，未结合物种，尤其是肽的急剧增加，并且结合物种的相应减少。但是，在这些变化过程中，药物的浓度保持不变。如上所述，这种稳定的释放对于神经指南的设计至关重要，因为药物剂量的变化可能对患者构成严重风险。
药物释放期间物种的浓度。
显然，释放药物甚至是接下来，让我们看一下药物如何扩散到神经和周围区域。
依赖空间的系统
如下所示，随着时间的推移，您可以查看在不同域中药物浓度的分布。酶起源于细胞组织，因此有助于将药物引导到受损的神经作为生物材料降解。到模拟结束时，最大浓度位于神经的中心，这意味着该指南成功地提供了该药物。另外，随着时间的流逝，可以查看生物材料的降解，尽管此处未显示。
在神经细胞组织，神经向导和周围环境中的药物浓度。
下一步
生物工程师可以检查用于设计神经指南和其他药物输送系统的药物反应动力学。通过创建这样的模型，他们可以测试不同的设计参数（例如时间，几何，物种的亲和力等），以查看影响药物释放行为的原因以及多少。工程师甚至可以使用此信息以及提供的其他信息来评估混合生物材料如何影响结果，以优化其整体设计。
要开始建模药物反应动力学，请单击下面的按钮。这将带您到应用程序库，其中包括分步文档和MPH文件。
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