幼児から小児心疾患治療のための機械的循環補助システム開発に関する総合的基礎研究

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20300154
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 高谷 節雄 Tokyo Medical and Dental University, 生体材料工学研究所, 教授 (40154786)
• Keywords: 遠心血液ポンプ / 小児循環 / 機械式循環補助 / 心臓移植 / 左心補助 / せん断負荷 / ヘモリシス / 血栓形成

Research Abstract

平成20年度は、20年度までに設計試作した小児用遠心血液ポンプTinyPumpの抗血栓性並びに生体適合性の評価を目標に、体重10-15Kgの芝山羊を用いた急性から慢性実験を立ち上げた。先ず、慢性実験に先駆け、6時間の急性実験を3頭の芝山羊を用い行った。実験は、左側開胸下、脱血管(20Fr)を左心心尖部に挿入、送血管(18Fr管+6mm人工血管)を下行大動脈に吻合し、体外に置かれたTinyPumpに接続し、循環を開始した。
急性実験群においては、動脈圧並びに中心静脈圧は、71+18mmHg(73+13mmHg、術前)、5+2mmHg(9+3mmHg、術前)を示した。平均ヘマトクリット値並びに遊離ヘモグロビン量は、夫々20%以上、5mg/dLを示した。乳酸値は、術後1時間でピークに達し、腎・肝機能は正常値を示した。24時間以内の3頭の芝山羊においては、TinyPumpによりpartialからtotal循環補助において、安定した循環動態が維持された。また、6日間生存した山羊(Fig 2)においては、遊離ヘモグロビン量は、術後3日間高値(30mg/dL)を示したが、その後正常値に戻った。この動物においては、術後3日ごろに出血傾向があり、ヘモグロビン量の低下、末梢循環不全等合併症が併発し、6日で中止した。
術後の解剖においては、急性実験群では、インペラー中心部の軸受部に血栓を認めたので、軸受け部の改良を行ったが、4頭目、5頭目には改善がみられなかったので、6頭目24時間の実験では、軸受部の大幅な改善を行った結果、血栓形成は減少した。6日間生存した7頭目では、軸受け部のwash-out穴構造を除去し、シャフト径を大きくし、軸受け部の間隙を縮小することで、血栓形成、溶血は無くなった。今後、数値流体解析並びに流れの可視化実験を立ち上げ、軸受回りの流れ、せん断負荷等の解析を進め、最適な軸受形状について研究を進め、安定した生体適合性を実現する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Mechanical cavopulmonary assist maintains pulmonary and cerebral blood flow in a piglet model of a bidirectional cavopulmonary shunt with high pulmonary vascular resistance (2009)
  • Author(s): Honjo O, Merklinger SL, Poe JB, Guerguerian AM, Alghamdi AA, Takatani S, Arsdell GSV .
  • Journal Title: The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery 137(2) Pages: 355-361
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanical damage of red blood cells by rotary blood pumps : Selective destruction of aged red cells and sub-hemolytic trauma. (2008)
  • Author(s): Sakota D, Sakamoto R, Sobajima H, Yokoyama N, Waguri S, . Ohuchi K, Takatani S
  • Journal Title: Artificial Organs 32(10) Pages: 785-791
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Time-resolved optical spectroscopic quantification of the red bloodcell damage cause by the cardiovascular devices. (2008)
  • Author(s): Sakota D, Sakamoto R, Sobajima R, Yokoyama N, Yokoyama Y, Waguri S, Ohuchi K, Takatani S. .
  • Journal Title: Proc of SPIE 6864(10) Pages: 1-8
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 小児用小型遠心ポンプTinyPumpの左室補助における有用性の検討 (2008)
  • Author(s): 前田武俊, 小林真理子, 江藤政尚, 田ノ上禎久, 徳永滋彦, 中島淳博, 塩川祐一, 富田幸裕, 横山直幸, 高谷節雄, 富永隆治。
  • Organizer: 第46回日本人工臓器学会大会
  • Place of Presentation: 六本木ヒルズ、東京
  • Year and Date: 20081127-20081129
• [Presentation] 小児用小型遠心ポンプTinyPumpの左室補助における有用性の検討 (2008)
  • Author(s): 前田武俊, 小林真理子, 江藤政尚, 田ノ上禎久, 徳永滋彦, 中島津博, 塩川祐一, 富田幸裕, 横山直幸, 高谷節雄, 富永隆治。
  • Organizer: 第46回日本人工臓器学会大会
  • Place of Presentation: 六本木ヒルズ、東京。
  • Year and Date: 20081127-20081129
• [Presentation] Development of an implantable centrifugal "TinyPump VAD" for ventricular assistance in infants and children. (2008)
  • Author(s): Yokoyama N, Ohsawa H, Waguri S, Machida S, Yoshikawa M, Fujimoto T, Takatani S.
  • Organizer: 16^<th> Congress of the International Society for Rotary Blood Pumps ISRBP
  • Place of Presentation: Houston, USA
  • Year and Date: 20081002-20081004
• [Presentation] Glucose depletion enhances shear stress induced mechanical damage in red blood cells by rotary blood pumps. (2008)
  • Author(s): Sakota D, Sakamoto R, Yokoyama N, Kobayashi M, Takatani S.
  • Organizer: 16^<th> Congress of the International Society for Rotary Blood Pumps ISRBP
  • Place of Presentation: Houston, USA
  • Year and Date: 20081002-20081004
• [Presentation] TinyPump assisted venous drainage makes transfusion-free cardiopulmonary bypass feasible and preserved cardiopulmonary function in neonatal piglets. (2008)
  • Author(s): Ugaki S, Kasahara S, Kotani Y, Honjo O, Yokoyama N, Ohuchi K, Takatani S, Sano S.
  • Organizer: 16^<th> Congress of the International Society for Rotary Blood Pumps ISRBP
  • Place of Presentation: Houston, USA
  • Year and Date: 20081002-20081004
• [Presentation] Development of a mixed flow pediatric pump. (2008)
  • Author(s): Sato Y, Imai T, Suzuki Y, Fujita H, Takatani S.
  • Organizer: 16^<th> Congress of the International Society for Rotary Blood Pumps ISRBP
  • Place of Presentation: Houston, USA
  • Year and Date: 20081002-20081004
• [Presentation] Measurement of fluid force acting on the impeller of a noncontact, levitated pediatric ventricular assist device. (2008)
  • Author(s): Watanabe Y, Fujita H, Takatani S, Suzuki Y.
  • Organizer: 16^<th> Congress of the International Society for Rotary Blood Pumps ISRBP
  • Place of Presentation: Houston, USA
  • Year and Date: 20081002-20081004
• [Presentation] Shear induced blood trauma and alteration of red blood cell deformabilty in rotary blood pump. (2008)
  • Author(s): Takatani S, Koso M, Sakota D, Sakamoto R, Yasuda T.
  • Organizer: 13^(th) International Congress of Biorheology and 6^<th> International Conference on Clinical Hematology
  • Place of Presentation: state Park, PA USA
  • Year and Date: 20080709-20080713
• [Presentation] Mechanical lung assist augments forward pulmonary blood flow in primary bidirectional cavopulmonary shunt physiology in neonatal pigs. (2008)
  • Author(s): Honjo O, Merklinger SL, Poe JB, Guerguerian AM, Alghanmdi AA, Takatani S, Van Arsdell GS.
  • Organizer: 88^<th> Annual Conference of the American Association for Thoracic Surgeons
  • Place of Presentation: San Diego, USA.
  • Year and Date: 20080510-20080514
• [Presentation] ロータリー血液ポンプによりせん断負荷を受けた血液の時間分解光伝播特性の解析 (2008)
  • Author(s): 迫田大輔, 坂本竜樹, 高谷節雄
  • Organizer: 第47回日本生体医工学大会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 20080508-20080510
• [Presentation] 左室補助循環における小児用小型遠心血液ポンプTinyPumpの生体適合性の評価 (2008)
  • Author(s): 小林真理子, 吉川雅治, 川口鎮, 北尾貴史, 渡辺哲郎, 町田真也, 大澤英之, 石井泰祐, 和栗 聡, 金野智浩, 石原一彦, 高谷節雄
  • Organizer: 日本定常流ポンプ研究会2008
  • Place of Presentation: 六本木ヒルズ、東京。
  • Year and Date: 2008-11-27
• [Presentation] 小児用小型遠心血液ポンプ(TinyPump)の研究開発、 (2008)
  • Author(s): 横山直幸, 和栗 聡, 町田真也, 大澤英之, 石原一彦, 鵜垣仲也, 佐野俊二, 吉川雅治, 高谷節雄。
  • Organizer: 日本機械学会大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2008-08-03