Infiltrative drug delivery by additional application of shock wave on pulsed water jet.

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H04945
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 中川 敦寛 東北大学, 大学病院, 特任准教授 (10447162)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中川 桂一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (00737926) ; 川口 奉洋 東北大学, 医学系研究科, 非常勤講師 (10723447) ; 大谷 清伸 東北大学, 流体科学研究所, 特任准教授 (80536748)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 医療機器開発 / 衝撃波 / ドラッグデリバリー

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、申請者らが基礎原理を開発し、現在、手術用治療器として産学連携体制で開発を進めているパルスジェットメスに微弱衝撃波を印加することで、従来の切開、剥離作用に加え、手術摘出腔周囲に薬剤を浸潤する機能を付加することである。微弱衝撃波の中枢神経系への影響を検討した後、非臨床（動物実験）で概念実証（proof of concept: POC）を確立することである。
本研究期間内では、1、微弱衝撃波が中枢神経系に与える影響を動物生体～細胞レベルで電気生理学的、病理組織学的に明らかにする、2、微弱衝撃波印加下における中枢神経系（脳）の切開可能な機器を試作し、従来の血管温存下の組織切開に薬剤浸潤効果が付加できることを、動物実験による非臨床レベルで概念実証（POC）を確立することを到達目標とした。
平成29年度は高速度撮影のための光学系を用いた可視化、および圧測定により工学的プロファイルを明らかにした過剰圧0.1 MPa以下の微弱衝撃波を伴うパルスジェットメスを発生するハンドピース型ジェネレーターを試作、動物実験（ブタ脳）で正常脳の灰白質、白質を切開し、射出液体内に色素を混入することで、組織深達度の評価を行った。その結果、組織学的に微量ジェットを繰り返し注入することで液体がmm単位で浸潤する可能性を明らかにした。また、組織学的にも明らかな血管の損傷は認められなかった。さらに衝撃波印加パルスジェットの発生条件（Hz、印加エネルギー）で組織深達度を最大化する条件を検討し、衝撃波印加パルスジェットメスで衝撃波による追加損傷を生じることなく、切除面から3 mm奥まで液体が浸潤可能、であることに関する概念実証に目途を付けることができた。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Water veil effect to control splashing from the pulsed water jet device: Minimization of the potential risk of dissemination using surgical aspirators. (2018)
  • Author(s): Nakayashiki A, Kawaguchi T, Nakagawa A, Sato M, Mochizuki F, Endo T, Tominaga T.
  • Journal Title: J Neurol Surg A Cent Eur Neurosurg (2018, in press) Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1055/s-0037-1608836.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Application of actuator-driven pulsed water jet for coronary artery bypass grafting: assessment in a swine model. (2018)
  • Author(s): Suzuki T. Kawamoto S, Nakagawa A, Endo T, Tominaga T, Akiyama M, Adachi O, Kumagai K, Saiki Y.
  • Journal Title: J Artif Organ Volume: 21(2) Pages: 247-253
  • DOI: 10.1007/s10047-017-1008-z.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pulsed laser-induced liquid jet: Evolution from shock / bubble interaction to neurosurgical application. (2017)
  • Author(s): Nakagawa A, Kumabe T, Ogawa Y, Hirano T, Kawaguchi T, Ohtani K, Nakano T, Sato C, Yamada M, Washio T, Arafune T, Tsujita T, Konno A, Satomi S, Takayama K, Tominaga T.
  • Journal Title: Shock Waves Volume: 27 Pages: 1-14
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Primary blast-induced traumatic brain injury: lessons from lithotripsy. (2017)
  • Author(s): Nakagawa A, Ohtani K, Armonda R, Tomita H, Sakuma A, Mugikura S, Takayama K, Kushimoto S, Tominaga T.
  • Journal Title: Shock Waves Volume: 27(6) Pages: 863-878
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Application of actuator-driven pulsed water jet in aneurysmal subarachnoid hemorrhage surgery: its effectiveness for dissection around ruptured aneurysmal walls and subarachnoid clot removal. (2017)
  • Author(s): Endo H, Endo T, Nakagawa A, Fujimura M, Tominaga T.
  • Journal Title: Neurosurg Rev Volume: 40(3) Pages: 485-493
  • DOI: 10.1007/s10143-016-0809-5.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Piezo Actuator-Driven Pulsed Water Jet System for Minimizing Renal Damage after Off-Clamp Laparoscopic Partial Nephrectomy. (2017)
  • Author(s): Kamiyama Y, Yamashita S, Nakagawa A, Fujii S, Mitsuzuka K, Kaiho Y, Ito A, Abe T, Tominaga T, Arai Y.
  • Journal Title: Tohoku J Exp Med Volume: 243 Pages: 57-65
  • DOI: 10.1620/tjem.243.57.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clinical Characteristics and Outcome in Elderly Patients with Traumatic Brain Injury: For Establishment of Management Strategy. (2017)
  • Author(s): Karibe H, Hayashi T, Narisawa A, Kameyama M, Nakagawa A, Tominaga T.
  • Journal Title: Neurol Med Chir (Tokyo). Volume: 57(8) Pages: 418-425
  • DOI: 10.2176/nmc.st.2017-0058.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 内視鏡分野における医療機器開発：最近の動向と今後の方向性 (2017)
  • Author(s): 中川敦寛、冨永悌二
  • Organizer: 第28回 中部神経内視鏡研究会 「新たな神経内視鏡手術の開発と発展」
• [Presentation] Biological effect of shock waves: Understanding of mechanism of blast-induced traumatic injury to medical application. (2017)
  • Author(s): Nakagawa A, Ohtani K, Armonda R, Takayama K, Tominaga T.
  • Organizer: The 31st International Symposium on Shock Waves (ISSW31)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 頭部外傷後の社会復帰支援 (2017)
  • Author(s): 中川敦寛、富田博秋、麦倉俊司、古谷桂子、八木橋真央、佐久間篤、近田祐介、今井啓道、飯塚統、小林直也、工藤大介、 大沢伸一郎、刈部博、上之原広司、Geoffrey Manley、久志本成樹、冨永悌二．
  • Organizer: 日本脳神経外科学会第76回学術総会
• [Presentation] 社会復帰を目指す救急医療：長期予後を改善する (2017)
  • Author(s): 中川敦寛、富田博秋、麦倉俊司、古谷桂子、八木橋真央、佐久間篤、近田祐介、今井啓道、飯塚統、小林直也、工藤大介、 大沢伸一郎、刈部博、上之原広司、Geoffrey Manley、久志本成樹、冨永悌二．
  • Organizer: 第45回日本救急医学会総会
• [Presentation] 救急医療とICT：ビッグデータ臨床研究の現況と展望 (2017)
  • Author(s): 中川敦寛、小林直也、工藤大介、、近田祐介、麦倉俊司、古谷桂子、富田博秋、八木橋真央、佐久間篤、今井啓道、大沢伸一郎、刈部博、Geoffrey Manley、久志本成樹、冨永悌二．
  • Organizer: 第45回日本救急医学会総会
• [Presentation] Mechanism of shock wave propagation within the cell: Experimental model． (2017)
  • Author(s): Nakagawa A, Ohtani K, Tominaga T.
  • Organizer: ICFD 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mechanisms of Primary Blast-Induced Traumatic Brain Injury: Insights from 30 years of Shock-Wave Research at Tohoku University． (2017)
  • Author(s): Nakagawa A, Ohtani K, Takayama K, Tominaga T．
  • Organizer: The 6th International Symposium on Energetic Materials and their Applications Tohoku University
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] last-induced traumatic brain injury: Clinical features, Mechanism, Prevention (2017)
  • Author(s): Nakagawa A, Ohtani K, Sakuma A, Yagihashi M, Nakanishi C, Karasawa H, Yamashita S, Matsui N, Terui Y, Kudo S, Saito A, Inoue S, Furuya K, Tsujita T, Konno A, Tominaga T
  • Organizer: 4ｔｈＡＣＤＴ
  • Int'l Joint Research
• [Book] 新NS NOWシリーズ14 脳・脊髄外傷の治療 (2018)
  • Author(s): 中川敦寛、大谷清伸、富田博秋、久志本成樹、Rocco Armonda、冨永悌二．
  • Total Pages: 印刷中
  • Publisher: メジカルビュー社