2016 Fiscal Year Research-status Report
生体組織－電子・機械工学系を融合した生体融合化新世代人工心臓システムの開発研究
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16K01375
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
岡本 英治 東海大学, 札幌教養教育センター, 教授 (30240633)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 人工心臓 / 補助心臓 / チタンメッシュ / 組織工学 / 軸流型補助人工心臓 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，大動脈弁位置埋め込みを目的として2種類の新しい軸流型補助人工心臓の開発と，新しい人工心臓材料としてのチタンメッシュの応用に関する研究開発を行った．
大動脈弁位置埋め込み軸流型補助人工心臓では，インペラをモータ前に設置するFront-Impeller式とモータ後部に設置するRear-Impeller式の研究開発を行った．Front-Impeller式は，大動脈弁を切除し人工弁埋植術と同様の手技で埋込みを行う人工心臓で，モータ部は外径19mm×長さ26mm，インペラ部は外径25mm×長さ12.5mm，重さは27gである．一方，Rear-Impeller式は，モータを左心室内に設置しインペラをモータ後部に配置し，大動脈弁を貫通するように設置するもので，全体の体積は13ml，重さ18gと超小型である．この開発した両軸流型補助人工心臓を33％グリセリン溶液を用いin vitro実験を行った．その結果，両ポンプとも pump Head 60mmHgで3L/minのポンプ拍出量を得ることができ，部分補助を目的とする補助人工心臓として十分なポンプ性能を有している．
人工心臓材料としてのチタンメッシュの性能評価は，人工心臓の一部としての使用を想定し，線径50μm，平均空隙の大きさ200μm，空隙率86％のチタンメッシュの一面をシリコーンゴムで塞ぎ，ラット皮下に12週間埋植し，その組織誘導特性について検討した．その結果，全面を開けたチタンメッシュはその内部に一様に毛細血管が分布していたが，片面を閉じたチタンメッシュの毛細血管分布は周辺部に限定された．その結果，片面を閉じたチタンメッシュ内部に酸素が行き渡らない部分が生じた．今後は，一面が塞がれたチタンメッシュの毛細血管分布が抑制される現象の解明とともに，チタンメッ周辺部に分布する毛細血管から拡散される酸素範囲について研究を進める．
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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
本年度の大動脈弁位置埋め込み式軸流型補助人工心臓の開発では，大動脈弁位置設置式軸流型補助人工心臓の開発を行うことになっており，実際に当該の軸流型補助人工心臓(Front-impeller方式)の開発を行いin vitro実験による性能評価を行った．その結果，部分補助を達成するに十分はポンプ拍出量を得ることができた．しかし，臨床側より，大動脈基部にはモータを設置するスペースが十分でないため，モータ部を左心室に設置しインペラを後部に設置するRear-Impeller方式の方が現実的であるという助言を受け，Rear-impeller方式の軸流型補助人工心臓の開発を進めることにした．Rear-impeller方式の軸流型補助人工心臓は小型でありながら部分補助に必要なポンプ拍出流量を得ることができており，若干の方針転換があったが，順調に開発が進んでいるものと思われる．
チタンメッシュの組織誘導特性に関する研究は，一回の実験に12週間かかり，なおかつ，複数回の検証実験が必要である．動物実験施設のキャパシタンスの関係で複数実験を並列に実施できない制限がある中で，ほぼ計画通りのデータ取得はできたものと考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
大動脈弁位置埋め込み式軸流型補助人工心臓の開発では，基本的にはRear-impeller方式の軸流型補助人工心臓の方針で今後も研究開発を進めていく予定である．特に，現在の性能でも部分補助には十分なポンプ性能を有してはいるが，さらにポンプ性能を向上させるようインペラの最適設計を行っていくつもりである．さらにポンプ性能の改良後には，この軸流型補助人工心臓は大動脈弁を貫通させるよう設置するに適した形状を設計していき動物実験まで実施できるよう研究を進めていく．さらには，今後の方向性として，手術の侵襲を減らすためカテーテルで設置できるようカテーテル設置式軸流型補助人工心臓として発展させていく方向と，小児用軸流型補助人工心臓として開発を進めていく方向を考えている．実際，臨床で使用されているJarvik 2000 pediatricとこのRear-impeller方式軸流型補助人工心臓はほぼ同寸法であるが，Jarvik 2000 pediatricのポンプ性能と同等かそれ以上のポンプ性能の実現が可能であるため，本研究の成果として予定にはなかったが小児用軸流型補助人工心臓という方向性も重要であろうと考えている．
チタンメッシュについては，今年度の研究成果を活かし，我々が考えている組織誘導電極への応用を実現するとともに，人工心臓の新しい材料として他の研究機関でもチタンメッシュを応用するに必要な基礎的データを提供できるよう研究を進めていくつもりである．
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が36489円生じたが予算全体でみると1.4％で，消耗品購入一回程度であり，ほぼ研究計画通りに予算を執行したと考えている．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の消耗品購入に充てる予定である．
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