| Project/Area Number |
21K08817
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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 55030:Cardiovascular surgery-related
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
藤原 立樹 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 講師 (00632291)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大内 克洋 順天堂大学, 医療科学部, 先任准教授 (20322084)
土方 亘 東京工業大学, 工学院, 准教授 (30618947)
井上 雄介 旭川医科大学, 医学部, 准教授 (80611079)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (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: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | ECMO / 新型コロナウイルス感染症 / COVID-19 / 血栓予防 / リアルタイム血栓モニタリング / インドシアニングリーン蛍光造影 / 拍動流 / 円軌道加振 |
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| Outline of Research at the Start |
新型コロナウイルス感染症（COVID-19）は重篤化すると膜型人工肺(ECMO)の装着を必要となる．COVID-19は強い血液凝固傾向を示し，ECMO回路内の血栓形成が臨床上大きな問題である．このような病態に対し，流体力学的アプローチを用いたECMOデバイス内の血栓予防・血栓早期検出技術の開発に取り組む．
血栓予防技術は，磁気浮上型ポンプのインペラを極微小に加振して材料表面への凝固因子の付着を阻害し，ポンプ制御により拍動流を作り人工肺における血栓形成を予防する．
血栓早期検出技術は，ICG蛍光造影の手法を応用し人工肺や回路内の血栓をリアルタイムに観察する血栓自動検出システムの開発を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
【背景】COVID-19パンデミック初期のSARS-CoV-2は肺炎発症のみならず、ECMOを必要とする急性呼吸性窮迫症候群に至るウイルスであった。著者はECMO回路内の血栓予防・血栓検出技術を速やかに実現することが喫緊の課題であると考え、医工連携共同研究チームを組み、研究開発に従事した。現在、世界はCOVID-19パンデミックから脱したが血栓合併症というECMOのピットフォールは解決すべき問題であることは変わらない。
【血栓予防法】ECMOデバイスの抗血栓性に関しては材質や構造設計など様々な工夫がなされてきたが、血栓形成を完全に予防できていないことが実状である。そこで従来とは異なる流体力学的なアプローチによる血栓予防法を考案した。ポンプに対してはインペラを極微小に加振することで表面への凝固因子の付着を阻害し、人工肺に対してはインペラ回転数を調整して拍動流を作り、人工肺内部の血液滞留を予防する方法である。いずれも従来の血栓対策と競合するものではなく更に血栓予防効果を高めることを目的としている。市販遠心ポンプや東京工業大学が開発した磁気浮上型遠心ポンプにこれら機能を搭載し、大型動物実験にて検証した。
【血栓検出法】ポンプのインペラを数十ミクロン，数十Hzで振動させ，この時の変位と電流の応答からポンプ内血栓を検出する方法を開発した。また人工肺の血栓検出法として、インドシアニングリーン(ICG)蛍光造影を用いて血栓を詳細に観察することに成功した。本手法では「血液は白、血栓は黒」と白黒二色で表現され客観性の高い評価が可能であった。ICGによるECMO回路の血栓検出法は、当院の倫理委員会に臨床研究として申請し、6例に実施した。
開発した技術で3件の国内特許出願、2件の国際特許出願を行った。現在は共同研究契約を締結した医療機器企業と開発した技術の臨床導入に向けた準備を進めている。（794）
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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
昨年度から大きく実験プロトコルの変更はない。今年度は自作ポンプのみならず、医療機器開発企業と連携して市販遠心ポンプを用いた検証を中心に行った。動物実験は終了し、学会発表の準備、および論文を作成中である。
ICGによるECMO回路の血栓検出法は、当院で臨床研究として申請し、6例に実施した。本研究結果をもとに人工肺の血栓検出・予防に関する3件の国内特許出願、2件の国際特許出願を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
【ポンプ内血栓の血栓検出・血栓予防】加振の周波数，振幅，加振円軌道方向について更に検討を重ね、最適な血栓予防効果となる条件を探求する。
【人工肺の血栓検出】白黒二値化された画像は、コンピュータによる血栓の自動検出や遠隔モニタリングへの応用に適していると考え、現在システムを開発している。当院で実施したICGによるECMO回路の血栓検出法について、多施設臨床研究の準備を進めていたが、近々開始できると考えている。
【人工肺の血栓予防】正弦波では血栓予防効果はなく、半波整流波の拍動流では定常流と比較し人工肺内の血栓抑制効果が期待できることが分かった。今後はパラメーターを変更しつつ更に検討を重ね、最適な血栓予防効果となる条件を探求する。
ECMOの抗血栓性向上に関する技術はCOVID-19のみならず、様々な病態に対して有用である。現在、共同研究契約を締結した医療機器企業と開発した技術の臨床導入に向けた準備を進めている。
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