2019 Fiscal Year Research-status Report
Development and application of non-invasive metabolic monitor
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19K04432
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
工藤 寛之 明治大学, 理工学部, 専任准教授 (70329118)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森澤 健一郎 聖マリアンナ医科大学, 医学部, 准教授 (60410130)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 乳酸 / 生体計測 / 電気化学 / 代謝 / バイオセンサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究計画では、2019年度から2021年の間に汗中成分をモニタリングするシステムを構築し、無侵襲での生体機能・生理的状態の評価に応用することを目的としている。最終的な目標として、（１）汗に含まれている乳酸を12時間程度連続でモニタリングする技術を開発する。（２）同システムの制御回路や薬液の搬送機構を小型化することで、アームバンド型汗中乳酸モニタリングシステムを開発し、応用研究に展開する。（３）当該システムを集中治療室における組織代謝機能の評価や水泳など自由移動を伴う運動における代謝評価に応用する、という3点を掲げている。
2019年度は、研究実施計画に則り、システム開発においては、医療現場で利用するためのシステムの最適化、制御回路の小型化を中心に研究を行った。具体的には、汗を回収し、センサに搬送するためのポンプの最適化を行い、低発汗量の安静時においても皮膚表面の乳酸を適切に計測可能とした。
また、臨床現場での乳酸計測も実施した。2019年度末よりCOVID-19の流行し、聖マリアンナ医科大学が地域の中核医療機関として重症患者に対応したことから実験を停止しているが、2020年1月上旬までの進捗は順調であったため、年度内での影響は限定的であった。特に、臨床での実験とシステムの最適化研究の結果を相互にフィードバックすることで、皮膚表面で観察される乳酸は「測定以前より皮膚表面に蓄積したもの」、「代謝や発汗によるもの」、「発汗によらず生成されているもの」に分類され、時間の経過に伴ってこれらの割合が変化していくことを明らかにした。具体的には、測定開始時点では「皮膚表面に蓄積した発汗依存的でない乳酸」の比率が高く、安静時には約30分から40分かけてこの成分は減少し、後者の比率が増えることを見出した。
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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
研究実施計画に掲げた内容については、順調に進捗し、計画通りの成果が得られた。
尚、12月までは2019年度年の実施計画よりも早く進んでいたが、COVID-19の影響により集中治療室での実験を中止し、世界的なパンデミックに至ったことで明治大学内でも研究の実施に支障をきたしたため、最終的に予定通りの進捗となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画に則って引き続き（１）測定システムの最適化、（２）運動及び医療現場での応用研究を軸にさらに新しい応用についても検討する。
（１）測定システムの最適化においては、長時間計測に対応した新規のシステムとして「アームバンド型」システムをさらに改良し、腕時計型のデバイスを開発する。我々のシステムはリザーバタンクの薬液を皮膚表面を経由してバイオセンサに送付する仕組みを採用している。運動時において、リザーバタンク、ポンプ、センサの高さの関係が大きく変化すると、薬液の送液速度や内部での圧力に影響が出ることから、これらの問題を吸収する機構を設けることで解決できると考えている。
（２）「研究実績の概要」に示したように開発しているシステムは、当初の想定を超えて皮膚表面で観察される物質がどのように変化するかを詳細に可視化できることが明らかになってきた。この機能を積極的に活用することで、様々な状況に応じて、皮膚の表面の物質がどのように変化するかを調べる予定である。
ただし、COVID-19の流行によって現在実験を停止中である。集中治療室での実験においては、再開に向けて、集中治療室での実験においては感染リスクを避けるために研究協力者（大学院生）の入室は行わないこととし、テレビ会議システムを用いて連携する予定である。また、実験に際しては救急医の協力を仰ぐなど、万全の体制で実施できるよう準備を進めているところである。また明治大学での実験も現在停止中であり、入構制限の解除に伴い本格的に実験を再開する予定であるが、必要に応じて計画の延期も視野にいれて進めていくこととする。
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| Causes of Carryover |
COVID-19の影響により3月より研究はほぼ停止しており、物品の購入が出来ない状況であるため、一部繰り越すこととなった。既に実験の再開に向けて準備を進めており、感染への対応が進み次第再開予定である。
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