2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of an intelligent vibrational dressing to promote healing of diabetic foot ulcers
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21J12334
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
幅 大二郎 東京大学, 大学院医学系研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| Keywords | 糖尿病足潰瘍 / 振動療法 / 看護理工学 / センサー / セルフケアデバイス / リバーストランスレーショナルリサーチ / ドレッシング材 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
新規デバイス開発にあたり、糖取り込み機序においてインスリン由来ではなく運動といった筋収縮によるAMPK由来の糖取り込みに着目し、また足潰瘍の生じやすい踵部には骨格筋が乏しいことから、脂肪細胞における振動刺激による糖取り込みに焦点を絞った。振動における創傷治癒に関連した文献レビューを実施し、低周波低強度の振動設定を用いて脂肪細胞への振動実験を実施した。そして50Hz、1000-1500mVpp、40分/日、5日間の振動条件により3T3-L1脂肪細胞のグルコース取り込みは促進され、阻害実験によりAMPK活性由来の糖取り込み促進効果を世界に先駆けて報告した。先行研究より、血流を促進する振動強度と期間が異なることから、創部局所の糖代謝促進後に、振動条件を変更し血流を促し治癒を促進するというコンセプトを固めた。
局所低周波振動刺激は糖尿病性足潰瘍に対して臨床的に有効であることはすでに示されている。しかし、この振動装置はもともと褥瘡治療用に設計されたため、治癒メカニズムや最適な設定は不明である。in vitro実験では振動による脂肪細胞での糖取り込みを確認したが、様々な細胞の機能不全に起因する治癒阻害と血管障害が複雑に合わさって難治性となっていることから、動物モデルによる振動実験を実施した。糖尿病モデルラットを作製し、側腹部に直径2㎝の全層欠損創を作製した。ドレッシングを創に添付後、その上から既存の振動器の振動子を当て、周波数50Hz、振動強度0-1500mVpp、1日40分、14日間で創部局所を加振した。結果、300-1000mVppの振動強度のとき、相対創面積において創作製後5-7日に有意に減少していた。
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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
2021年度は振動刺激による脂肪細胞での糖取り込みに着目し、低周波振動刺激により脂肪細胞でのインスリン非依存性糖取り込みの促進効果を明らかにした。さらにin vitro実験に用いた振動条件をもとに糖尿病モデル動物を用いて振動実験を行ったところ、糖尿病性創傷でも創傷治癒が促進されることを見出した。これによってインテリジェントバイブレーションドレッシング材に取り込む振動器の条件および設定の指針を固め、糖取り込みあるいは血流を促進させるフェーズを判定し最適な振動条件を検討するまでに至ったことから、概ね順調に経過していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究によって低強度の低周波振動が糖尿病性全層欠損創に対して治癒促進に有効であることを示し、今後インテリジェントドレッシング材に組み込む小型振動器の振動強度を示した。しかし今回の実験では、局所グルコース濃度を測定することができなかった。滲出液中のグルコース濃度は血糖値と比べ低く、また滲出液には壊死組織や浮遊している細胞などの夾雑物も多く、市販の血糖値測定器では測定が困難であった。現在、マイクロニードルにより血液ではなく間質液からグルコース濃度を測定する機器が開発されており、その技術を転用し、ドレッシング材に組み込むことで、滲出液中のグルコース濃度をリアルタイムに測定可能だと考えられる。それにより、局所振動刺激が局所グルコース濃度を改善させたことで創傷治癒を促進させるという仮説を証明することが可能となる。インテリジェントドレッシング材に組み込む新しいグルコースセンサー開発には工学系による異分野融合は欠かせず、工学系研究者との共同開発にてグルコース・血流センサー開発に取り組む。
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