Endogenous Physiological Gas Delivery System and Its Application to Transplantation Medicine

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H04493
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90130:Medical systems-related
• Research Institution: Nihon University (2021-2022); Aichi Medical University (2019-2020)
• Principal Investigator: HIRAI Shuichi 日本大学, 医学部, 教授 (70516054)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 内藤 宗和 愛知医科大学, 医学部, 教授 (10384984) ; 福重 香 愛知医科大学, 医学部, 助教 (30805023) ; 横田 紘季 名城大学, 理工学部, 助教 (50815876) ; 畑山 直之 愛知医科大学, 医学部, 准教授 (80534792)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 移植用臓器保存法 / 内因性生理活性ガス / 移植医療

Outline of Final Research Achievements

A mixed gas of carbon monoxide and oxygen with an optimized ratio (partial pressure) was shown to be beneficial in maintaining the function of the isolated organ. In addition, the effect of gas mixtures is to induce a switch from anaerobic to aerobic metabolism to maintain conserved organ energy and at the same time shift glucose utilization from the glycolytic cycle to the pentose phosphate cycle (PPP). These metabolic changes induced the reduction of oxidative stress. As a method of sensitizing mixed gases even in large-sized organs, we focused on ultra-fine bubbles (UFB), which have a bubble diameter of less than 1 μm and are stable in water, and investigated its characteristics and effects.

Free Research Field

移植医療

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

移植用摘出臓器の保存において、酸素の重要性は認知されていた。一方で、酸素濃度やその他のガスの有効性については理解が遅れていた。本研究は、酸素と内因性生理活性ガスである一酸化炭素を適切な割合での組み合わせることにより、摘出臓器が良い状態にて保存されることを示した。これにより、移植用臓器保存法に、ガスの効果という新たな概念を提示した。さらに、保存臓器の内部からガスを送達する新たな方法として、ウルトラファインバブルを利用する可能性について検証した。