Pulmonary artery banding for pediatric patients with dilated cardiomyopathy

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K09136
• Research Institution: Nippon Medical School
• Principal Investigator: 佐々木 孝 日本医科大学, 医学部, 准教授 (80350065)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮城 泰雄 日本医科大学, 医学部, 講師 (00350116) ; 深澤 隆治 日本医科大学, 医学部, 准教授 (80277566)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 薬剤性心筋障害 / 肺動脈絞扼術 / 小児心不全 / 心室圧容積関係 / 心臓カテーテル検査 / 心収縮障害 / 心拡張障害

Outline of Annual Research Achievements

1．アドリアマイシンによる心筋障害ラットに対する心臓カテーテル検査：前年度の研究でアドリアマイシンによる薬剤性心筋症モデルを作成の際、若年ラットの生存率が高かったため、4週齢ラット（ヒトの年齢で1.5～2歳相当）を対象とした。15㎎/kgのアドリアマイシンを2週間で6回の分割投与を行った。アドリアマイシン投与の6か月後、29±2週齢で心臓カテーテル検査を施行した（n= 4）。ラットを全身麻酔後、右総頸動脈から逆行性にpressure-volume (PV) conductance catheterを挿入し、先端を左室まで進めて留置した。心拍数288±23 /分、左室収縮期圧97±13mmHg、左室拡張末期圧5±4mmHg、心係数16±6 ml/min/100g、左室駆出率53±7％、１回拍出量255±66μl、左室拡張末期容積543±198μl、収縮末期圧容積関係0.32±0.18、そして拡張末期圧容積関係0.53±0.65であった。文献より同年代のラット正常心のPV conductance catheterによる心機能評価と比較すると、心係数は保たれているものの、左室拡大が著しいことがわかった。収縮性は低下しているが、拡張特性は維持されていた。
２．アドリアマイシンによる心筋障害モデルの心筋病理評価：上記心臓カテーテル検査後、犠牲死させ、心筋の病理検査を施行した。ヘマトキシリン・エオジン染色で心筋細胞を、マッソン・トリクローム染色で心筋線維化の評価を行った。
3．肺動脈絞扼術（PAB）モデルの作成：6週齢ラットに胸骨正中切開でアプローチし、主肺動脈に外科クリップをかけPABを施行した。3例に施行し1例が生存した。今後心エコー、心臓カテーテルで心機能を評価した後に犠牲死させ、心筋の病理評価を行う予定である。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

本研究のテーマは、小児拡張型心筋症に対する肺動脈絞扼術（PAB）の有効性の検討である。実験の概要は①ラットにアドリアマイシンを投与し薬剤性心筋障害モデルを作成すること、②薬剤性心筋障害モデルのラットにPABを施行し、心機能の変化や心筋線維化の軽減などの病理組織学的評価をすること、そして③PABによる心機能改善のメカニズムを明らかにすることである。
2年目の研究では、①ラット薬剤性心筋障害モデルの心機能を、心臓カテーテル検査で評価するところまで進めることができた。アドリアマイシンによる心筋障害モデルでは、心係数は保たれているが、左室拡大が著しいことがわかった。また左室の拡張特性は保てれているが、収縮性は低下していることが特徴的であった。小児拡張型心筋症のモデルとして妥当であることを確認できた。
②の薬剤心筋障害モデルにPABを行うことであるが、今年度は正常心のラットにPABを施行するまでにとどまった。
平行して小児重症心不全に対するPABの臨床データの文献reviewを行った。欧州、米国で行われ始めた治療だが、本邦でも2例施行された。1例はPABが有効で生存退院されたが、1例は遠隔期に補助循環を経て心移植を受けていた。実臨床でもPABが有効な症例とそうでない症例があり、治療対象の適応やタイミング、管理法など未だ確立されていないことを確認した。また海外の報告でも、有効な症例とそうでない症例が認められた。重症心不全の原因として、心機能が進行性に悪化するもの、心筋炎のように可逆性を備えたものとで、治療経過が異なる印象を受けた。薬剤性心筋障害は経時的に心機能が悪化する傾向があり、本研究の対象モデルとして適切であると考えた。

Strategy for Future Research Activity

3年目の研究計画は、最初の3か月で、正常心ラットでPABモデルの作成を行う。6週齢ラットにPABを施行する。全身麻酔導入後、正中切開でアプローチし、主肺動脈にクリッピングを行う。4週後に心エコー、心臓カテーテル検査を行い犠牲死させ、心像の病理組織学的評価を行う（コントロール）。次の6ヵ月でアドリアマイシンによる薬剤性心筋障害モデルにPABを施行し、コントロールと同様の評価を行う。
薬剤性心筋障害モデルの作成から、PAB、そして術後評価まで6週間必要である。12匹の4週齢ラットにアドリアマイシンを投与し、2週後にPABを行う群(N= 6)、Sham手術（薬剤性心筋障害モデルのラットに開胸操作のみ行う）を行う群（N＝６）に分け、術後評価を行う。PAB群とSham手術群で術後評価の値が20～30％異なると想定し、95％検出力、α＝0.05とすると、各郡6匹のサンプル数が必要である。薬剤性心筋症モデルのラットへのPAB施行後の生存率を50％と仮定すると、要件を満たすサンプル数を得るために最低2クール（＝12週間）の実験を行う予定である。
最後の3か月でデータを整理し、学会への抄録提出、論文作成を行う。

Causes of Carryover

動物実験の進行が遅滞しており、動物や薬剤の購入が少なかったために当該助成金が生じた。１・２年次に予備研究として実験に適した動物の週齢を選定し、また心機能の評価法として心臓カテーテル検査を実施することを確立した。次年度は計画した実験を進める予定である。
実験の概要は①ラットにアドリアマイシンを投与し薬剤性心筋障害モデルを作成すること、②薬剤性心筋障害モデルのラットに肺動脈絞扼術（PAB）を施行し、心機能の回復や心筋線維化の軽減等病理組織学的変化を評価すること、そして③PABによる心機能改善のメカニズムを明らかにすることであり、１・２年次に①、そして心機能評価のためのラットへの心臓カテーテル検査法を確立している。次年度は助成金を使用し、②、③を遂行する予定である。