Development of allogeneic in vivo-tissue engineered vascular graft preparation completed in the operating room without using special facilities

• Project/Area Number: 20K09151
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 55030:Cardiovascular surgery-related
• Research Institution: Kyoto Prefectural University of Medicine
• Principal Investigator: 渡辺 太治 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 特任助教 (20448723)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山南 将志 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 特任助教 (30438204) ; 井上 知也 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 客員講師 (50405289) ; 神田 圭一 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (60295649) ; 田地川 勉 関西大学, システム理工学部, 准教授 (80351500) ; 上 大介 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 特任講師 (80415588) ; 五條 理志 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (90316745) ; 夜久 均 京都府立医科大学, その他部局等, 学長 (50295648)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 生体内組織工学 / 自家移植 / 同種移植（親子間移植） / 異種移植 / 臨床応用の拡大 / 脱細胞化処理 / 手術室内処理 / 同日移植 / 同種移植

Outline of Research at the Start

血管壁・心臓弁・心臓壁に対する心臓血管外科手術における再建用材料として合成線維などの人工材料や異種動物由来生体材料・同種生体材料が用いられているが、小口径血管再建、感染を伴う症例や成長期にある小児などに最も理想的な材料は自家組織である。しかし自家組織には限りがあるため、以前より我々は生体内再生医療技術を用いて患者体内で自家細胞とマトリックス成分のみから構成される 自家結合組織代用血管を開発し、2015年にヒトへの臨床応用を開始した。
本研究では手術室内の処理のみで完結できる同種移植用代用血管を作成する技術を開発する事により、適応困難であった極度のハイリスク症例への適応をめざす。

Outline of Annual Research Achievements

心臓血管外科手術において様々な再建用材料が用いられているが、小口径血管再建、感染を伴う症例や成長期にある小児などに最も理想的な材料は自家組織である。しかし自家組織には限りがあるため、以前より我々は生体内再生医療技術を用いて患者体内で自家細胞とマトリックス成分のみから構成される 自家結合組織代用血管を開発し、2015年にヒトへの臨床応用を開始した。本研究では手術室内の処理のみで完結できる同種移植用代用血管を作成する技術を開発する事により、適応困難であった極度のハイリスク症例への適応をめざす基礎研究を行った。
結合組織代用血管に化学処理・脱細胞化処理を加え、新たに開発した物理特性計測システムを用いて、様々な検体について種々の力学的パラメータ計測を行った。生体内組織工学代用血管をビーグル犬皮下で作成し脱細胞化処理を行ったが、処理前後の比較試験で脱細胞後も十分な強度が保持されていることが確認できた。またビーグル犬で作成した脱細胞組織を同種移植するパイロットスタディーも行い英語論文化した。脱細胞化プロトコールを見直し全体で約７時間の処理で十分な脱細胞化が行えることを組織学的評価・DNA定量で確認した。しかし実際の同種移植臨床応用を想定するとさらに短時間の脱細胞化処理が望ましいと考えた。界面活性剤の灌流時間は短縮できたが、洗浄などの全ての工程を含め顕著に短縮できなかった。そこでより処理効率を高めるために、還流ではなく大量の処理液を用いて強く振盪する方法を開始した。本法では特殊な設備が不要なため、手術室など臨床現場における様々な場所での処理が可能となり、より手技を簡便にできる可能性もあると考えられた。今後は更なる処理時間の短縮と最適化を目指し、脱細胞化処理条件の開発を行いたい。また引き続き同種移植動物実験を行い、免疫学的評価を含めた安全性試験を行い、今後の臨床応用を目指したいと考えている。

Research Products

• [Journal Article] Development of a Simple and Short-Term Decellularization Procedure for in vivo Tissue-Engineered Vascular Grafts. (2023)
  • Author(s): Gondai T, Yamanami M, Inoue T, Kawajiri H, Kami D, Gojo S, Oda S, Kanda K.
  • Journal Title: Int. J. Artif. Organs. Volume: 46(7) Pages: 426-426
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multiple Pulmonary Artery Plasty with Tissue-Engineered Vascular Grafts. (2022)
  • Author(s): Takashi Nagase, Masaaki Yamagishi, Yoshinobu Maeda, Satoshi Asada, Hisayuki Hongu, Eijiro Yamashita, Rie Nakai, Hitoshi Yaku
  • Journal Title: Ann Thorac Surg Volume: 12
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pulmonary artery augmentation and aortic valve repair using novel tissue-engineered grafts. (2022)
  • Author(s): H Hongu, M Yamagishi, K Kanda, Y Maeda, T Inoue, H Nakatsuji and H Yaku.
  • Journal Title: JTCVS Techniques Volume: 10 Feb
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A tissue-engineered, decellularized, connective tissue membrane for allogeneic arterial patch implantation (2021)
  • Author(s): Masashi Yamanami, Keiichi Kanda, Kazuki Morimoto, Tomoya Inoue, Taiji Watanabe, Osamu Sakai, Daisuke Kami, Satoshi Gojo, Hitoshi Yaku
  • Journal Title: Artificial Organ Volume: Mar 12 2021 Issue: 4 Pages: 633-642
  • DOI: 10.1111/aor.14102
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effects of Short-Duration Ethanol Dehydration on Mechanical Properties of Porcine Pericardium (2021)
  • Author(s): Inoue T, Kanda K, Yamanami M, Kami D, Gojo S, Yaku H.
  • Journal Title: Annals of Thoracic and Cardiovascular Surgery Volume: 27 Issue: 3 Pages: 169-175
  • DOI: 10.5761/atcs.oa.20-00133
  • NAID: 130008054430
  • ISSN: 1341-1098, 2186-1005
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Modifications of the mechanical properties of in vivo tissue-engineered vascular grafts by chemical treatments for a short duration (2021)
  • Author(s): Inoue T, Kanda K, Yamanami M, Kami D, Gojo S, Yaku H.
  • Journal Title: PLoS One Volume: Mar 12 2021 Issue: 3 Pages: e0248346-e0248346
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0248346
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Histology and Mechanics of In Vivo Tissue-Engineered Vascular Graft for Children (2020)
  • Author(s): Fujita S, Yamagishi M, Kanda K, Maeda Y, Inoue T, Yamanami M, Watanabe T, Konishi E, Takeda-Miyata N, Yaku H
  • Journal Title: Ann Thorac Surg Volume: Apr 28 2020 Issue: 3 Pages: 1050-1054
  • DOI: 10.1016/j.athoracsur.2020.03.069
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 同種由来結合組織膜を血管移植片として用いる試み：脱細胞処理の最適化と動物移植実験 (2024)
  • Author(s): 山南将志、権代竜郎、川尻英長、小田晋一郎、五條理志、神田圭一
  • Organizer: 第23回日本再生医療学会, 2024, 新潟
• [Presentation] Development of a Simple and Short-Term Decellularization Procedure for In Vivo Allogeneic Tissue-Engineered Vascular Grafts. (2023)
  • Author(s): Tatsuro Gondai, Masashi Yamanami, Tomoya Inoue, Hidetake Kawajiri, Disuke Kami, Satoshi Gojo, Shinichiro Oda, Keiichi Kanda.
  • Organizer: 49th Annual ESAO Congress, 2023, Italy.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 振盪法による他家由来結合組織代用血管移植片の脱細胞化処理に関する基礎的検討． (2023)
  • Author(s): 権代竜郎、山南将志、神田圭一、井上知也、川尻英長、渡辺太治、上大介、五條理志、夜久均．
  • Organizer: 第51回日本血管外科学会, 2023, 東京．
• [Presentation] 先天性心疾患の外科治療領域における再生医療の試み - 自己心膜代用素材の開発 (2023)
  • Author(s): 前田 吉宣,小田 晋一郎, 浅田 聡, 藤田 周平, 本宮 久之, 山下 英次郎, 中辻 拡興, 永瀬 崇, 中井 理絵, 林 孝明, 神田 圭一, 山岸 正明, 夜久 均
  • Organizer: 日本心臓血管外科学会
• [Presentation] Tissue Engineering. Improvement of the Simpler and Shorter Decellularization Procedure of In Vivo Tissue Engineered Vascular Graft Used for Allogeneic Transplantation. (2022)
  • Author(s): Tatsuro Gondai, Masashi Yamanami, Keiichi Kanda, Tomoya Inoue, Hidetake Kawajiri, Taiji Watanabe, Daisuke Kami, Satoshi Gojo, Hitoshi Yaku.
  • Organizer: ESAO Congress. 2022 September 6-10; Austria.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 低形成肺動脈を合併する先天性心疾患におけるIn Vivo Tissue-Engineered Vascular Graftを用いた肺動脈拡大形成術の有用性と展望 (2022)
  • Author(s): 前田吉宣，山岸正明，小田晋一郎，浅田聡，藤田周平，本宮久之，中辻拡興，山下英次郎，永瀬崇，中井理絵，林孝明，神田圭一，夜久均
  • Organizer: 第75回日本胸部外科学会，2022，横浜
• [Presentation] Tissue engineeringの基盤技術とその応用．先天性心疾患におけるIn Vivo Tissue-Engineered Vascular Graftの臨床応用 (2022)
  • Author(s): 小田晋一郎，前田 吉宣, 浅田 聡, 藤田 周平, 本宮 久之, 山下 英次郎, 中辻 拡興, 永瀬 崇, 中井 理絵, 林 孝明, 神田 圭一, 山岸 正明, 夜久 均
  • Organizer: 第60回日本人工臓器学会大会
  • Invited
• [Presentation] 生体吸収性素材の現状と医用への応用．生体内組織工学技術を用いて患者皮下で作製する自家結合組織血管移植片の 臨床応用拡大のための試み (2022)
  • Author(s): 山南将志，神田圭一，権代竜郎，川尻英長，井上知也，渡辺太治，上大介，五條理志，前田吉宣，小田晋一郎，山岸正明，夜久均
  • Organizer: 第60回日本人工臓器学会大会
• [Presentation] 同種由来生体材料を血管移植片として用いるための脱細胞化処理方法最適化の試み (2022)
  • Author(s): 権代竜郎，山南将志，神田圭一，井上知也，川尻英長，渡辺太治，上大介，五條理志，夜久均
  • Organizer: 第60回日本人工臓器学会大会
• [Presentation] 先天性心疾患の外科治療におけるIn Vivo Tissue-Engineered Vascular Graftの有用性 (2021)
  • Author(s): 中辻 拡興,山岸 正明, 前田 吉宣, 板谷 慶一, 浅田 聡, 藤田 周平, 本宮 久之, 山下 英次郎, 永瀬 崇, 神田 圭一, 夜久 均
  • Organizer: 日本小児循環器学会
• [Presentation] ブタ心膜のエタノール処理による物性変化の検討 (2021)
  • Author(s): 井上知也、神田圭一、山南将志、上大介、五條理志、夜久均
  • Organizer: 第19回日本心臓血管再生治療研究会
• [Presentation] in vivo tissue-engineered vascular graftによる肺動脈拡大形成術の有用性 (2021)
  • Author(s): 前田 吉宣，山岸 正明, 板谷 慶一, 島田 勝利, 本宮 久之, 中辻 拡興, 鍋島 惇也, 永瀬 崇, 神田 圭一, 夜久 均．
  • Organizer: 第５１回日本心臓血管外科学会
• [Presentation] 新しい手術方法の開発「治療から再生へ-再生医療の進歩」 In Vivo Tissue-Engineered Vascular Graftを用いた肺動脈形成術の中期成績 (2020)
  • Author(s): 中辻 拡興, 山岸 正明, 前田 吉宜, 板谷 慶一, 藤田 周平, 本宮 久之, 神田 圭一, 夜久 均
  • Organizer: 日本小児循環器学会
• [Presentation] Midterm results of pulmonary artery plasty with in vivo tissue-engineered vascular grafts. (2020)
  • Author(s): Nakatsuji H, Yamagishi M, Maeda Y, Itatani K, Fujita S, Hongu H, Kanda K, Yaku H
  • Organizer: 34th EACTS Annual Meeting
  • Int'l Joint Research