Development of decellularized small-diameter arterial grafts and evaluation in large animal experiments
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21H03016
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 55030:Cardiovascular surgery-related
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
岩崎 清隆 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (20339691)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宿澤 孝太 東京慈恵会医科大学, 医学部, 助教 (80647032)
大木 隆生 東京慈恵会医科大学, 医学部, 教授 (50260948)
國原 孝 東京慈恵会医科大学, 医学部, 教授 (80725268)
坪子 侑佑 早稲田大学, 理工学術院, 次席研究員(研究院講師) (40809399)
弓場 充 早稲田大学, 理工学術院, 助手 (50875367)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
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| Keywords | 脱細胞化組織 / 生体内組織再構築 / 自己組織化 / 下肢動脈血管グラフト / 冠動脈バイパスグラフト / 血管グラフト / 滅菌 / 組織強度 / 小口径グラフト / 脱細胞化血管 / 脱細胞化処理 / 組織工学 / 生体由来材料 / 冠動脈バイパス / 重症下肢虚血 |
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| Outline of Research at the Start |
内径3-4mmの小口径の動脈グラフトの研究開発は、冠動脈疾患や重症下肢虚血疾患の患者の救命とQuality of Life向上のために切望されているが、合成繊維等で成形した小口径グラフトでは血栓閉塞が最大の課題であり、実現できていない。本研究では、研究代表者が開発した厚い組織の組織構造と強度を保持する脱細胞化技術と滅菌技術を基盤とし、力学的特性を保持した内径3mm程度の小口径動脈血管を開発し、大動物実験で3カ月間血栓閉塞が起こらず開存する脱細胞化グラフトを実現することを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
内径3-4mmの小口径グラフトの研究開発は、冠動脈の左主幹部や多枝病変を有する虚血性心疾患、重症下肢虚血患者の救命とQuality of Life向上のために切望されているが、合成繊維等で成形した小口径グラフトでは血栓閉塞が最大の課題であり、実現できていない。
本研究では、研究代表者が開発した、「生体組織のコラーゲンを損傷せずに拒絶反応の原因となる細胞成分のみを除去する技術」、および「医療機器の滅菌で用いられているガンマ線滅菌の課題である組織破壊による強度低下を抑制するため、特殊な糖溶液を用いて凍結乾燥およびエチレンオキサイドガス滅菌時に組織保護を実現する技術」（両方法とも国際特許取得済）を用い、ウシ由来血管を対象として組織構造を保持した脱細胞化小口径血管を作製し、ブタを用いた異種大動物実験で、3カ月間血栓閉塞が起こらず開存するProof of Conceptを実証することを目的としている。
本研究で1年目に研究開発したウシ由来小口径血管の組織構造と力学的特性を保持する脱細胞化条件、組織乾燥条件、および、滅菌条件を用い、本年度は組織構造を保持する乾燥方法について詳細に検討し、脱細胞化処理して滅菌処理したウシ由来血管を用いてブタ大動脈を置換する急性実験を行った。急性期の血栓形成による血管閉塞を抑制することを本年度の目標とし、ブタの動脈血管における置換血管部位や手術手技を検討した。その結果、血管造影で1週間開存させることにはじめて成功した。摘出した血管組織内腔を観察したところ、血栓形成は確認されず、血管が瘤化することもなかった。
本年度、ブタを用いた大動物実験で1週間の開存を得ることに成功したことを踏まえ、最終年度に3ヶ月の血管開存を得ることを目指して研究を進めていく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
内径3mmで長さ20cmのウシ由来血管を対象とし、マイクロ波を照射しつつ1wt%と低濃度のデオキシコール酸溶液を拍動循環させた中で処理することで、DNA残留量が8 ng/mg程度となり、脱細胞化組織の安全性の目安である50ng/mg(Crapo PM, Biomaterials 2011)を大幅に下回る脱細胞化組織を作製することに成功した。また、脱細胞化して凍結乾燥した組織を生理食塩水で水和させ、血管内腔を生理食塩水で満たして内圧を上昇させた際の直径の変化からスティフネスパラメータβを算出し、脱細胞化処理および滅菌処理後も血管の拍動によるポンプ機能を表すコンプライアンスを維持する脱細胞化処理方法と滅菌処理方法を研究開発した。
ヘパリンを用いて再水和を施したウシ由来脱細胞化血管を用いてブタの動脈を再建する動物実験を開始し、本年度は急性期の血栓形成を抑制する組織処理方法と実験手法を検討した。組織の乾燥方法、へパリンを用いた乾燥した脱細胞化組織の水和、ブタの動脈血管における置換血管部位や手術手技を検討した。
その結果、1週間血管が開存することを血管造影ではじめて示すことに成功した。摘出した血管組織内腔を観察したところ、血栓形成は確認されず、血管が瘤化することもなかった。これまで、ブタを用いた小口径血管を用いた再建術では、血管内での血栓形成による血管閉塞が最大の課題であった。本研究で、血栓形成による血管閉塞を1週間抑制できることを実証できた点は大きな成果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
小口径動脈血管では、脱細胞化処理後の血管内腔には内皮細胞がなく、再建直後は基底膜等のコラーゲンが血液と直接接触するため血栓性が高い。研究代表者は、術直後に血管内が血栓形成により閉塞することを回避するために、凍結乾燥した脱細胞化血管を低分子ヘパリンまたはヘパリンを含有させた生理食塩水で水和し、脱細胞化血管から術直後にヘパリンが徐放されるこれまでにない脱細胞化小口径動脈グラフトのアイデアを着想した。本研究で開発したウシ由来脱細胞化小口径血管を用いてブタの下腹部大動脈を置換する急性実験を行い、1週間開存させることに成功した。
3年目は、脱細胞化処理した組織の乾燥条件を最適化しつつ、慢性期の3ヶ月の開存を目指す。まず、2年目までに開発した脱細胞化小口径血管の作製条件で、1ヶ月の開存を目指す。ブタの飼育時には、アスピリンの経口投与やヘパリンの筋注による管理を行う。1カ月で剖検を行い、脱細胞化動脈血管を摘出し、血管内腔の内皮細胞による被覆の有無と程度を走査型電子顕微鏡による観察で評価する。また、Hematoxylin Eosin、Masson Trichrome、Elastica van Gieson染色を行い、脱細胞化血管組織内の微小血管の構築の有無と程度（数や直径）、自家細胞の浸潤の程度を評価する。さらに、1ヶ月開存が得られた場合には、3ヶ月の慢性動物試験を進める。
3カ月の開存が得られた場合には、脱細胞化動脈血管を摘出し、eNOS、von Willebrand factor, α-smooth muscle actin、Vimentin等の染色を行い、内皮細胞、平滑筋細胞、線維芽細胞の浸潤状況を分析する。以上により、本研究で開発する脱細胞化血管の開存性について、ブタを用いた大動物試験で明らかにする。
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
