| Project/Area Number |
20K12635
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
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| Research Institution | National Institute of Technology(KOSEN),Numazu College |
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Principal Investigator |
横山 直幸 沼津工業高等専門学校, 制御情報工学科, 准教授 (90710591)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | 血液学 / 光計測 / フィブリン / 複屈折位相差 / 血液凝固 / 血液 / 複屈折 / 凝固因子 / 人工心肺 / 吸光 / 計測 |
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| Outline of Research at the Start |
血液は異物との接触や非生理学的な力の付与により凝固する。人工心肺や透析を行う際には凝固により生成する血栓が致命的な問題となる。臨床では採取した患者血液に対する凝固検査や体重を元に、抗凝固薬（ヘパリン等）を投与することで凝固反応を抑制しているが、抗凝固薬の過剰投与による出血とのトレードオフであるため、血栓形成は不可避的課題となっている。血栓の形成が抑制できない原因の一つに、「血栓ができる前の状態は微細であるため、可視光で確認することができない」ということが挙げられる。
そこで本研究では、複屈折という異方性物質が有する特性に着目して血栓の前駆段階であるフィブリンの凝集のイメージングに挑戦する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
人工心肺や透析などの機械的補助循環医療では、体外に導出した血液に対する機械的せん断負荷や異物との接触により血液凝固が急速に生じることが知られている。血液の凝固反応は段階的（カスケード）に進行して最終的に血栓が形成されるが、凝固過程で生成する前駆物質については、抽出・乾燥状態を電子顕微鏡で観察されているだけであり、実際に血液や血漿内で経時的に生じる反応ついては、レーザ光の波長以上のサイズであるフィブリン凝集塊となって初めて検出が可能である。実際の機械的補助循環では、ヘパリンやワルファリンを代表とする抗凝固薬により凝固因子の活性を阻害するが、出血リスクと血栓リスクはトレードオフの関係にあることより、抗凝固薬の投与は最小限が望ましいとされている。このため、抗凝固薬の追加投与は、術野や回路内（リザーバや血液ポンプ、人工肺）に血栓が形成された後に開始するガイドラインとなっている。
本研究では、偏光計測による複屈折位相差を計測原理として、血栓の前駆物質であるフィブリンモノマーの凝集を検出することで、フィブリノーゲン切断（フィブリン生成）から血栓形成までの時間差と、血液凝固因子（主にXa因子）活性との関係を明らかにすることを目的とした。
現時点で、透過光計測と偏光計測を同時実施するための光学系を構築し、遠心分離した血液検体（血漿層）に対する連続計測を行い、検体の凝固因子活性とそれぞれの光学パラメータとの比較検証を行っている。なお、円偏光計測による複屈折位相差の変動は、可視光レーザによる透過光計測に比べて凝固促進条件でも数分早く検出できることが確認されているため、CBPやECMOなどの回路に対して血漿を分離できる微細孔回路を設置することで、血液凝固の早期検出が可能であると考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
研究の試料である血液検体については、食肉処理場でクエン酸ナトリウム添加による抗凝固を外注で依頼している。このとき、クエン酸ナトリウム水溶液の濃度にバラつきが大きく、実験室で抗凝固解除するプロトコルが定まらない。現在、血液検体を遠心分離して血漿を取り出し、過塩素酸とp.h.試薬による滴定で添加されたクエン酸ナトリウムの濃度を算定しているが、滴定においても精度が保てているとはいいがたい。
加えて、動物（豚）血液の凝固因子活性の計測では、一般の血液検査会社での計測は難しく、独自方法による検査となっている。これにより、研究立案段階では「外部検査会社による計測」となっていた内容を研究室で構築する時間と費用が掛かっている。
以上２点を主な理由として、実験に大幅な遅れが生じている。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず、2024年度５月に開催される第63回日本生体医工学会大会（鹿児島）にて、現状の研究成果を報告し、臨床医学の専門家から広く情報収集を行う。これにより、遅延の原因となっている２点について打開策が得られると考えている（滴定法は多数存在するが、精度と実施時間のバランスが良いものを策定中。また、動物検体について凝固能計測を行っている報告が多数あることより、研究機関の近郊ではない場所において凝固能計測ができる検査会社について調査できると考えている）
次に、光学系についても集光レンズの設置により、透過光・偏光計測における精度（受光強度等）の向上を図る。これにより、レーザとホトダイオードにおいて電圧分解能が高くなるだけでなく、血漿試料設置時に生じるガラス管の形状バラつきを補正できると考えている。
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