生体内で形成された大動脈弁移植用組織体の計算流体力学的手法による形状最適化
| Project/Area Number |
20K20174
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
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| Research Institution | Asahikawa Medical College |
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Principal Investigator |
寺澤 武 旭川医科大学, 医学部, 講師 (20815401)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | 自己組織心臓弁グラフト / 生体内組織形成術 / 流体-構造連成解析 / 生体材料モデリング / 再生医療 / 心臓弁グラフト / 心臓弁形状三次元モデリング / 頚動脈血行動態評価 / 生体材料 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、「生体内組織形成術」で形成された心臓弁様組織体を用いた大動脈弁形成術に
おける移植体の最適形状を、数値流体力学的手法により明らかにすることを目的とする。
本研究の具体的目標は次の通りである。1) 流体構造計算を実現するための生体内形成組織の材料特性モデル化。2) 大動脈弁形成術で用いられるOzaki Templateに依る弁形状のコンピュータ上での構築。3) 生体内形成組織の大動脈弁部位移植後の血行動態の再現。4) 移植強度と弁機能を兼ね備える移植体弁尖形状の最適化。5) 移植後の組織再生過程の形状および材料特性の時変モデルの作成。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、自己組織心臓弁グラフトの生体皮下形成とその臨床応用に向けた最適な弁形状の確立を目的として、以下の課題に取り組んだ。
1) 弁グラフト形成に用いる「鋳型」の設計法の確立
弁尖が開放状態で形成されるOpen鋳型と、閉鎖形状で形成されるClosed鋳型の2つの形状を検討した。Closed鋳型については、弁膜厚や弁尖長など5つの設計パラメータを用いた弁形状モデリング手法を開発し、ヤギでの皮下形成実験に用いた。3か月後に摘出したClosed弁の弁尖組織の形成率は、鋳型の改良と複数回の動物実験を実施したものの75%と低く、弁膜厚も設計値と乖離する課題が残った。一方、Open弁鋳型の設計では3つのパラメータによる三次元モデリング手法を確立し、同様の期間の埋入実験で約92%の形成率を達成し臨床応用に向けた第一選択とした。
2) グラフトの評価
Open弁の模擬循環回路による血行動態評価を行い、既存生体弁に対して逆流率は劣るものの、圧較差特性に優れることを示した。次に、計算機による構造解析を進展させ、逆流の要因解析を行った。グラフトの皮下形成組織体の応力-ひずみ特性を調べ、Mooney-Rivlinによる非線形モデリングを行い構造計算に用いた。Open弁の弁尖部位に血圧相当の圧力を加えて弁の運動を観察した結果、弁閉鎖時に特に交連部付近で十分な弁の接合がなされていない領域があり、逆流特性の悪化要因であると考えた。最終年度には、交連部の接合領域を増やすために交連部付近の弁尖形状をS字型とし、その曲率半径をパラメトリックに調整可能なモデルを開発した。計算機解析により交連部付近の接合を阻害している組織体の曲げと圧縮応力を低減し、逆流特性の改善に寄与することを示した。また弁尖組織の引張応力を評価し弁尖全体にわたって十分な強度をもち、移植時の強度安全性が担保されることを明らかにした。
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Report
(4 results)
Research Products
(16 results)
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[Patent(Industrial Property Rights)] 特許権2022
Inventor(s)
寺澤 武,武輪 能明,井上 雄介,佐藤 康史,中山 泰秀
Industrial Property Rights Holder
寺澤 武,武輪 能明,井上 雄介,佐藤 康史,中山 泰秀
Industrial Property Rights Type
特許
Industrial Property Number
2022-040595
Filing Date
2022
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