Development of bifurcated curved bio-tube for the aorta with in-body tissue architecture

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H03819
• Research Institution: Oita University
• Principal Investigator: 首藤 敬史 大分大学, 医学部, 講師 (60649763)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 穴井 博文 大分大学, 医学部, 教授 (20291544) ; 中山 泰秀 大分大学, 医学部, 客員研究員 (50250262) ; 和田 朋之 大分大学, 医学部, 准教授 (60325701) ; 岩井 良輔 岡山理科大学, フロンティア理工学研究所, 講師 (60611481) ; 宮本 伸二 大分大学, 医学部, 教授 (70253797)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 再生医療 / 代用臓器 / 大動脈 / 人工血管

Outline of Annual Research Achievements

生体内組織形成術（in-body tissue architecture)技術を用いて実際の臨床応用を想定し分岐管状の材料を得る鋳型の最適設計を行い、移植実験によって自己組織化し生着する再生能力、耐久性を調べ、待望の成長可能な「再生型自己代用分枝付き大動脈（バイオチューブ）」の安全な臨床応用へと繋げる実験を行った。
T字型鋳型を設計作成し、成ヤギ皮下に埋植し二ヵ月後取出しバイオチューブ生成状態を確認した。不完全生成、欠損部等なく物理強度は十分満足するものであった。また組織学的分析では炎症細胞の浸潤なく、ほぼ１００％コラーゲンで構成されていた。
ヤギに対する弓部置換方法を確立するため４頭の他の研究に使用したヤギを用いて予備実験を行った。安全性を確認後この取り出したバイオチューブを用いて同じヤギに対して脳分離体外循環下に弓部置換を行った。8頭に対して行ったが体外循環の負荷のためか最初の4頭は血胸、心不全等の術後合併症にて1週間以内に死亡した。その後は手技も安定し、術後合併症はおこらなくなったが、１頭は2週間後バイオチューブの穿孔で死亡した。残り3頭は現在生存中である。
正常大動脈の血流、血圧データと造影CTデータから４D血流解析を行うと頭部分枝分岐直後の前壁から小弯側にかけてshear stressが高い部分が生じていたが、破裂した1頭の破裂部位はそのストレス部分に近く、なんらかの物理ストレスと破裂が関係したことが示唆された。弓部移植後の初期データは現在解析中である。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

T字型鋳型設計、作成が溶接等の問題が生じ想定よりも長い時間を要してしまった。ヤギでの安全な脳分離体外循環法の確立にも時間を要した。更に脳分離体外循環の侵襲度の高さから周術期合併症が高率に発生し、早期に多くのモデルを失ってしまった。

Strategy for Future Research Activity

脳分離体外循環法は既に安全に行えるようになり、移植手技も安定してきたことから周術期合併症は起こりにくくなっており、安定したモデル作成が今後続いていくと思われる。
現行のT字型鋳型での移植モデルを２頭追加し、その後現在設計している新たな鋳型でさらに４頭で移植を行う。その間、外部施設においてブタに現行の鋳型を埋植してバイオチューブを作成し、そのチューブを用いてヤギに異種移植（弓部置換）を行う。
移植術中の血流、血圧データと移植後1週間の造影ＣＴデータを用いて４Ｄ血流解析を行い、血流ストレスと移植バイオチューブの形態変化、組織変化との関係を明らかにする。