Development of the machine perfusion and non-invasive assessement of marginal cardiac grafts

• Project/Area Number: 20K08974
• 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: Hokkaido University
• Principal Investigator: Fukai Moto 北海道大学, 医学研究院, 特任講師 (60374344)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 新宮 康栄 北海道大学, 医学研究院, 講師 (30617064) ; 暮地本 宙己 東京慈恵会医科大学, 医学部, 講師 (60632841) ; 木村 太一 北海道大学, 医学研究院, 客員研究員 (90435959) ; 藤好 真人 北海道大学, 医学研究院, 客員研究員 (90844720)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 心移植 / 臓器灌流 / 虚血再灌流傷害 / 重水 / 心臓 / 機械灌流 / コンディショニング / ミトコンドリア / 体外灌流 / 臓器移植

Outline of Research at the Start

心臓グラフトの冷保存(CS)許容時間の延長、虚血再灌流傷害 (IRI) の軽減の方策を探索する研究である。本課題では、CSの改善、体外灌流 (MP) の至適条件、薬剤性コンディショニング、再灌流時治療の効果を検討する。それらの試料解析により、移植前グラフト機能評価法の確立と奏功機序の解明を目指すものである。各治療法の効果のスクリーニングは心筋細胞株を用いたin vitro系、ランゲンドルフ灌流による再灌流系を用い、最終的にはラット異所性心移植モデルで評価する。

Outline of Final Research Achievements

We found that heavy water containing orginal preservation solution improved the graft survival rate in an extended cold preservation and subsequent heterotopic heart transplantation in rats. The metabolome analysis revealed the similar profiles in grafts preservaed in the new prervation solution at the end of cold presservation and that of normal heart without preservation. Only in the UW-preserved group, the metabolomics profile was quite different. However, in Langendorff perfusion model, the superiority of the new preservation solution was abolished. To explain the discrepncy, we established the methods of osmium maceration SEM to observe the ultrastructure, flavonoids (Ribflavin, FMN, FAD) measuremetn by HPLC with fluorescent detector, and metabolome with NMR detection were established. Furthermore, reduction of cold preservation injury was shown in water-soluble polyphenol "X" together with the direct scavenging of radicals and the activation od Nrf2.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

新規臓器保存液や新規抗酸化物を用いた心臓の冷保存障害軽減法を提示し、ミトコンドリアが保護されることを代謝物profileや超微形態変化によって明らかにした。不可能とされた長時間冷保存の可能性を示し、空輸から陸送への転換、コスト削減、安全性向上が見込まれる。学術的には、重水の生物活性、オスミウム浸軟SEM法による超微形態評価、新規抗酸化物の効果などの新規性がある。今後、proteomics解析が進めば、ミトコンドリア、小胞体、ゴルジ装置に特異的なたんぱく質の変化が見いだされる可能性があり、免疫電顕法との組み合わせにより、新たな臓器障害の様式、修復の標的が明らかになる可能性がある。

Research Products

• [Journal Article] The Phenolic Antioxidant 3,5-dihydroxy-4-methoxybenzyl Alcohol (DHMBA) Prevents Enterocyte Cell Death under Oxygen-Dissolving Cold Conditions through Polyphyletic Antioxidant Actions. (2021)
  • Author(s): Fukai M, Nakayabu T, Ohtani S, Shibata K, Shimada S, Sakamoto S, Fuda H, Furukawa T, Watanabe M, Hui SP, Chiba H, Shimamura T, Taketomi A.
  • Journal Title: J Clin Med. Volume: 10 Issue: 9 Pages: 1972-1988
  • DOI: 10.3390/jcm10091972
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel immunological approach to asses donor reactivity of transplant recipients using a humanized mouse model (2020)
  • Author(s): Fukasaku Yasutomo、Goto Ryoichi、Ganchiku Yoshikazu、Emoto Shin、Zaitsu Masaaki、Watanabe Masaaki、Kawamura Norio、Fukai Moto、Shimamura Tsuyoshi、Taketomi Akinobu
  • Journal Title: Human Immunology Volume: 81 Issue: 7 Pages: 342-353
  • DOI: 10.1016/j.humimm.2020.04.007
  • NAID: 120007099140
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Imaging Mass Spectrometry Reveals the Changes in the Taurine Conjugates of Dihydroxycholanoic Acid During Hepatic Warm Ischemia and Reperfusion in a Rat Model (2020)
  • Author(s): Shibata Kengo, Hayasaka Takahiro, Hashimoto Satsuki, Umemoto Kohei, Ishikawa Takahisa, Sakamoto Sodai, Kato Koichi, Shimada Shingo, Kawamura Norio, Wakayama Kenji, Kobayashi Nozomi, Hama Yuka, Fukai Moto, Shimamura Tsuyoshi, Taketomi Akinobu
  • Journal Title: Transplantation Proceedings Volume: 52 Issue: 6 Pages: 1880-1883
  • DOI: 10.1016/j.transproceed.2020.01.169
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 新規抗酸化物質 3,5-dihydroxy-4-methoxybenzyl alcohol（DHMBA）は心筋細胞の冷保存傷害を軽減する (2022)
  • Author(s): 深井原、中薮拓哉、大谷晋太郎、柴田賢吾、千葉仁志、惠淑萍、坂本聡大、若山顕治、川村典生、後藤了一、渡辺正明、嶋村剛、武冨紹信
  • Organizer: 第122回日本外科学会 2022.4.16 (SF-109-8 サージカルフォーラム) Hybrid開催 Web 発表
• [Presentation] 心停止肝に対する低温機械灌流の至適pHの検討 (2022)
  • Author(s): 坂本聡大, 柴田賢吾, 石川隆壽, 島田慎吾, 川村典生, 若山顕治, 藤好真人, 渡辺正明, 後藤了一, 巌築慶一, 加藤紘一, 嶋村剛，深井原, 武冨紹信
  • Organizer: 第122回日本外科学会 2022.4.14 (SF-29-6 サージカルフォーラム) Hybrid開催 Web 発表
• [Presentation] Lysophosphatidylinositol (16:0) as a possible cause of ischemia reperfusion injury (2022)
  • Author(s): Kengo Shibata, Takahiro Hayasaka, Satsuki Hashimoto, Kohei Umemoto, Takahisa Ishikawa, Sodai Sakamoto, Koichi Kato, Shingo Shimada, Norio Kawamura, Kenji Wakayama, Nozomi Kobayashi, Yuka Hama, Moto Fukai, Tsuyoshi Shimamura, and Akinobu Taketomi
  • Organizer: Transplantation Science Symposium (TSS) Asian Regional Meeting 2022, Kyoto, 25-26 Sep. 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Important components of D2O containing solution for liver cold storage using an isolated perfused rat liver (IPRL). (2022)
  • Author(s): Moto Fukai, Kengo Shibata, Sodai Sakamoto, Masato Fujiyoshi, Sunao Fujiyoshi, Kosei Nakamura, Takahisa Ishikawa, Norio Kawamura, Nur Khatijah Mohd Zin, Hiroki Bochimoto, Tsuyoshi Shimamura, Akinobu Taketomi.
  • Organizer: Transplantation Science Symposium (TSS) Asian Regional Meeting 2022, Kyoto, 25-26 Sep. 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cold storage in D2O containing solution and post-reperfusion H2 gas treatment reduced rat liver damage: An IPRL study. (2022)
  • Author(s): Moto Fukai, Kengo Shibata, Sodai Sakamoto, Masato Fujiyoshi, Sunao Fujiyoshi, Kosei Nakamura, Takahisa Ishikawa, Norio Kawamura, Nur Khatijah Mohd Zin, Hiroki Bochimoto, Tsuyoshi Shimamura, Akinobu Taketomi.
  • Organizer: Transplantation Science Symposium (TSS) Asian Regional Meeting 2022, Kyoto, 25-26 Sep. 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Hypothermic machine perfusion with H2 gas reduced focal injury in DCD rat liver but failed to restore organ function. (2022)
  • Author(s): Moto Fukai, Kengo Shibata, Sodai Sakamoto, Masato Fujiyoshi, Sunao Fujiyoshi, Kosei Nakamura, Takahisa Ishikawa, Norio Kawamura, Nur Khatijah Mohd Zin, Hiroki Bochimoto, Tsuyoshi Shimamura, Akinobu Taketomi.
  • Organizer: Transplantation Science Symposium (TSS) Asian Regional Meeting 2022, Kyoto, 25-26 Sep. 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Rapid and reliable steatosis rat model (SHRSP5-Dmcr) for cold storage experiments: A preliminary study (2022)
  • Author(s): Moto Fukai, Kengo Shibata, Sodai Sakamoto, Masato Fujiyoshi, Sunao Fujiyoshi, Kosei Nakamura, Takahisa Ishikawa, Norio Kawamura, Nur Khatijah Mohd Zin, Hiroki Bochimoto, Tsuyoshi Shimamura, Akinobu Taketomi.
  • Organizer: Transplantation Science Symposium (TSS) Asian Regional Meeting 2022, Kyoto, 25-26 Sep. 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 新規抗酸化物質 3,5-dihydroxy-4-methoxybenzyl alcohol（DHMBA）は小腸上皮 細胞の冷保存傷害を軽減する (2021)
  • Author(s): 深井原、柴田賢吾、坂本聡大、島田慎吾、加藤紘一 、藤好真人 、若山顕治、石川隆壽、川村典生、嶋村剛、武冨紹信
  • Organizer: 第121回日本外科学会 2021.4.10 (SF-091-8) hybrid開催
• [Presentation] 心停止ドナー肝に対する機械灌流における水素ガスの有効性の検討 (2021)
  • Author(s): 坂本聡大、深井原、柴田賢吾、島田慎吾、加藤紘一 、藤好真人 、若山顕治、石川隆壽、川村典生、嶋村剛、武冨紹信
  • Organizer: 第121回日本外科学会 2021.4.8 PS-026- hybrid開催
• [Presentation] 肝細胞癌における間質Versican の発現と予後に関する検討 (2021)
  • Author(s): 加藤紘一、深井原、梅本浩平、鈴木崇史、長津明久、島田慎吾、柿坂達彦、折茂達也、蒲池浩文、神山俊哉、武冨紹信
  • Organizer: 第121回日本外科学会 2021.4.8 (SF-037-8) hybrid開催
• [Presentation] 小腸冷保存中の酸素供給が抗酸化治療の有効性に与える影響の検討 (2020)
  • Author(s): 深井原、柴田賢吾、坂本聡大、島田慎吾、加藤紘一 、藤好真人 、若山顕治、石川隆壽、川村典生、嶋村剛、武冨紹信
  • Organizer: 第120回日本外科学会定期学術集会 (web開催)
• [Presentation] 温阻血再灌流傷害における肝内脂質局在変化のリン脂質分布と機能の基礎的解明と治療標的としての可能性 (2020)
  • Author(s): 柴田賢吾、橋本咲月、早坂孝宏、深井原、加藤紘一、中薮拓哉、島田慎吾、小林希、梅本浩平、大谷晋太郎、三野和宏, 嶋村剛，木村太一、武冨紹信
  • Organizer: 第120回日本外科学会定期学術集会 (web開催)
• [Presentation] 肝細胞癌における癌関連線維芽細胞と癌細胞の相互作用の検討 (2020)
  • Author(s): 加藤紘一、深井原、柴田賢吾、小林希、早坂孝宏、神山俊哉、武冨紹信
  • Organizer: 第120回日本外科学会定期学術集会 (web開催)