2019 Fiscal Year Annual Research Report

Japan-U.S. Collaboration for Development of Ex Vivo Heart Perfusion Incorporating Ventricular Assist Device Technologies

Research Project

Project/Area Number	19H03723
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	迫田大輔国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (40588670)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	大内克洋東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 寄附研究部門准教授 (20322084) 新井川弘道東北大学, 加齢医学研究所, 非常勤講師 (80636027)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	体外心臓灌流 / 移植 / 補助人工心臓
Outline of Annual Research Achievements	現在までに臨床実用化された体外心臓灌流（EVHP: Ex vivo Heart Perfusion)システムは、TransMedics社のOrgan Care System (OCS) Heartであり、その灌流様式は大動脈に逆行性に灌流液を流すLangendorff灌流（別名：Resting mode）である。しかしOCSにおけるResting modeの臨床成績は現在のところ4時間の冷保存と同等である。一方、2019年にWorking mode（実際に左心室に灌流液を流入させ、心臓自身に拍出させる、生体内環境に類似させた灌流様式）がResting modeを上回る心機能保存があることが報告た（The Annals of Thoracic Surgery 108(2):499-507, 2019）。すなわち、現在最も心機能保存に有効とされているWorking modeをコントロールに、それを更に上回る灌流法を開発することを目指した。今年度開発システムは、Resting mode、Working mode、そして本研究で提案するLVAD(Left Ventricular Assist Device) modeをそれぞれ切換えて灌流を行うことができる。LVAD modeは、心臓の収縮に同期して補助人工心臓が左心室内灌流液を脱血し、心臓の収縮をアシストすることで心臓の消費エネルギーを減じることができる。加えて、左心室内圧を下げるため収縮末期に大動脈弁が閉じやすくなり、冠循環の改善効果が期待できる。ブタ心臓を用いた実験を行い、コントロール群であるWorking modeに対し、開発したLVAD modeが心機能を維持できる結果が得られた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初の計画であった、今年度におけるLVADを組込んだEVHPシステムの開発を達成し、予備的試験を含めて13例のEVHP実験を実施した。灌流時間を6時間までとし、現在までの実験結果からLVAD modeの心機能保存成績がコントロール群であるWorking modeを統計学的に上回る成績を得ている。
Strategy for Future Research Activity	新規開発したLVAD modeの有効性を実施すべく、次年度は継続して実験数を積重ねていく。現状では実験成績は良好であるが、何故LVAD modeがなぜ保存成績が向上するのか、メカニズムが明らかになっていない。これはLVADによる心筋の需要と消費エネルギーのバランスがWorking modeと比べて変化しているためであると考えている。そこで、冠動脈流量、心筋酸素消費量、灌流液組成変化を詳細に分析し、メカニズムを考察していく。