2016 Fiscal Year Research-status Report
バイオマテリアルを用いたレーザー透過溶着法による革新的生体組織接合技術の研究開発
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15K01314
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
池田 哲夫 九州大学, 大学病院, 准教授 (60585701)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
赤星 朋比古 九州大学, 医学研究院, 准教授 (20336019)
中楯 龍 九州大学, 先端医療イノベーションセンター, 特任准教授 (40584470)
松田 修 九州大学, 理学研究院, 助教 (60346765) [Withdrawn]
沖 英次 九州大学, 大学病院, 講師 (70380392)
橋爪 誠 九州大学, 医学研究院, 教授 (90198664)
西村 正太郎 九州大学, 農学研究院, 准教授 (70237725)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | レーザー溶着 / 半導体レーザー / バイオマテリアルコラーゲン / 架橋コラーゲン / 非架橋コラーゲン / 組織コラーゲン溶着 / レーザー周波数 / 神経、軟骨再生 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体素材に低レベル量の熱エネルギー、圧力エネルギーを組み合わせることで、生体組織のコラーゲンと生体由来のコラーゲン(生体素材として動物由来のコラーゲンより作成された医療材料)を溶融、溶着を生起し低損傷な生体組織接合技術を確立を行う。
生体素材としてのコラーゲンを応用する事によって老化などの原因で組織中コラーゲンが糖化あるいは石灰化した様な組織あるいはコラーゲンに対してエラスチンの濃度が高く低温では溶着出来ない大動脈、神経、軟骨、腱、靭帯などの生体組織を、組織が挫滅しない1Pa以下の圧迫（密着）と組織にとって可逆的な40℃～60℃の温度で短時間加熱を複合して加えることにより「生体組織と生体由来コラーゲン（生体素材）と生体組織」の三者間の溶着方法を確立するための基礎的な研究を行う。この技術により、これまで困難であった中枢神経の再建、微小血管縫合そして軟骨の再建、脳や膵臓などの低侵襲な閉鎖、止血などの生体組織接着に加えて、人工血管、ステントなどの人工物と生体組織の接合にも応用可能なまったく新しい接合技術と成り得る。
本研究では熱源として半導体レーザーを用いて極めて局所的で選択的な熱エネルギーを現在工学技術として確立されたレーザー透過溶着技術を用いる事によって生体素材を応用した、生体組織接合技術の「機序の解明」,「接着技術の最適化」,「安全性の確認」を行い、臨床応用を見据えた生体組織接合技術の確立を目的とする。Laserでコラーゲン組織を加熱するとコラーゲンの3本螺旋が熱によりほぐれ、冷却の過程で再結合することが報告された。これによりコラーゲンの3本螺旋構造の絡み合いにより組織の溶着が行える可能性を考えバイオマテリアルコラーゲンと半導体レーザーを用いた生体組織のコラーゲン溶着方法を検討する。
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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
目的：コラーゲンの熱再架橋による生体組織間あるいは生体組織と人工臓器間の生物核的活性を温存した状態での接合技術を開発すること。
１．生体コラーゲン溶着温度の設定：50-52℃でタンパクを変性させることなく、コラーゲン繊維がほどけている様子を観察できた。８０度以上の温度では、コラーゲン組織は不可逆的な障害を生じることが判明した。
２．密着圧の設定：コラーゲン組織は熱耐性は低いが、圧耐性は高いことが判明し、コラーゲン組織の溶着には５Newton以上の圧が必要であることが判明した。
３．波長1064nmのレーザーを用いて熔着を施行したが、目標温度に達するまでに時間がかかり、 溶着効果も不十分と考えられた。血管と人工コラーゲンの吸光度を再測定することにより、溶着に必要な熱エネルギーを生み出すのに最適なレーザー設定(波長)について検討した結果、生体組織は400nm以下、1500nm以上の波長レーザーで 効率的に熱エネルギーを発生することが判明した。
４．非架橋のバイオマテリアルコラーゲンを用いることによって、生体あるいは、生体由来の架橋コラーゲンとの間で再架橋時に溶着現象が起こることが判明した。
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| Strategy for Future Research Activity |
生体組織のコラーゲン熱再架橋に適していると考えられる波長1500nmのファイバーLASERの開発を完了する。
血管以外のコラーゲン豊富な生体組織（神経、骨、軟骨、皮膚）に関してもバイオマテリアルコラーゲンを用いた再架橋溶着を検討する。
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| Causes of Carryover |
この研究に最も適応した周波数のLASERが2017年6月に開発される予定で、2016年度の予算での購入を断念したため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
2017年6月にLASER購入し研究を継続する予定。
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[Presentation] Mechanical evaluation of Laparoscopic Ultrasound Manipulator using a Spring based Elastic Mechanism2016
Author(s)
Arata J, Fukami K, Oguri S, Ikeda T, Nakadate R, Onogi S, Sakaguchi M, Akahoshi T, Harada K, Mitsuishi M, Hashizume M
Organizer
The12th Asian Conference on Computer Aided Surgery (ACCAS 2016)
Place of Presentation
Daejeon Convention Center（韓国）
Year and Date
2016-10-14 – 2016-10-15
Int'l Joint Research
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