梗塞後心室リモデリングに対するバイオメカニクスによる新たなる治療戦略の開発

• Project/Area Number: 18K08608
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 55010:General surgery and pediatric surgery-related
• Research Institution: Kindai University (2018, 2020); Kobe University (2019)
• Principal Investigator: 鷹羽 淨顕 近畿大学, 医学部, 非常勤講師 (00528573)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松村 和明 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (00432328) ; 中井 隆介 京都大学, こころの未来研究センター, 特定講師 (10576234) ; 東 高志 京都大学, 工学研究科, 特定研究員 (40378899) ; 瀧川 敏算 京都大学, 工学研究科, 教授 (50201603) ; 中村 達雄 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 准教授 (70227908) ; 坂口 元一 近畿大学, 医学部, 教授 (60603363)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2020: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2018: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: シミュレーション / ハイドロジェル / 梗塞後心筋リモデリング / 心筋リモデリング / ノコンポジット・ジェル / 拡散強調像 / バイオメカニクス / 梗塞後心室リモデリング / ハイドロゲル

Outline of Annual Research Achievements

様々な物性性状のハイドロジェルを左室心筋内に注入したシュミレーションモデルを構築し、応力分布を比較検討した。ICMと診断された患者の心臓MRI画像のデータから左室壁の実形状を抽出しSim Vascular用いてメッシュ・モデリングし、Open FOAMを用いてFSI解析を行い、収縮期剪断応力(WSSsys)と拡張末期剪断応力(WSSdia)の比(Rc)を求め評価した。更に，各心位相における応力分布の可視化をParaviewを用いて行った。また、以下の論文発表をした。
１）Myocardial injection of a thermoresponsive hydrogel with reactive oxygen species scavenger properties improves border zone contractility. Spaulding KA, Zhu Y, Takaba K, Ratcliffe MB. J Biomed Mater Res A. 2020 1;108(8):1736-1746.
２）Left ventricular geometry during unloading and the end-systolic pressure volume relationship: Measurement with a modified real-time MRI-based method in normal sheep. Giao DM, Wang Y, Rojas R, Takaba K Ratcliffe MB.PLoS One. 2020 Jun 22;15(6):e0234896.

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

研究計画書では、ブタ心筋梗塞モデルを用いた実験系で行う予定であったが、日本国内において、in vivo大動物実験として使用可能なMRIを所有する施設は皆無
となった。
MRI装置を用いてin vitro実験に切り替えざるを得なかった。さらにコロナ感染症の拡大により実験施設の使用を大幅に制限されたため、当初の研究計画から大幅に遅れているのが現状である。

Strategy for Future Research Activity

この一年間で行ったシミュレーション実験から得たデータをさらに解析し、最適なハイドロジェルの物性特性を明らかにして行きたい。

Research Products

• [Journal Article] Myocardial injection of a thermoresponsive hydrogel with reactive oxygen species scavenger properties improves border zone contractility (2020)
  • Author(s): Spaulding Kimberly A.、Zhu Yang、Takaba Kiyoaki、Ramasubramanian Anusuya、Badathala Anusha、Haraldsson Henrik、Collins Alexander、Aguayo Esteban、Shah Curran、Wallace Arthur W.、Ziats Nicholas P.、Lovett David H.、Baker Anthony J.、Healy Kevin E.、Ratcliffe Mark B.
  • Journal Title: Journal of Biomedical Materials Research Part A Volume: 108 Pages: 1736-1746
  • DOI: 10.1002/jbm.a.36941
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Left ventricular geometry during unloading and the end-systolic pressure volume relationship: Measurement with a modified real-time MRI-based method in normal sheep (2020)
  • Author(s): Giao Duc M.、Wang Yan、Rojas Renan、Takaba Kiyoaki、Badathala Anusha、Spaulding Kimberly A.、Soon Gilbert、Zhang Yue、Wang Vicky Y.、Haraldsson Henrik、Liu Jing、Saloner David、Guccione Julius M.、Ge Liang、Wallace Arthur W.、Ratcliffe Mark B.
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 15 Pages: 0234896-0234896
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0234896
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Short term doxycycline treatment induces sustained improvement in myocardial infarction border zone contractility. (2018)
  • Author(s): Spaulding K, Takaba K, Collins A, Faraji F, Wang G, Aguayo E, Ge L, Saloner D, Wallace AW, Baker AJ, Lovett DH, Ratcliffe MB.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 13
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0192720
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research