2013 Fiscal Year Research-status Report
生体組織と電子回路･精密機械を融合した生体組織融合化新世代人工臓器の開発研究
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25350539
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
岡本 英治 東海大学, 札幌教養教育センター, 教授 (30240633)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 人工臓器 / 組織工学 / 補助人工心臓 / 組織誘導 / チタンメッシュ / 軸流ポンプ |
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| Research Abstract |
人工心臓と生体の融合化には，1)既存の生体組織の利用と2)生体組織の誘導の二つの方法があり，本研究では最終的に両手法を共に応用する生体―精密機械融合型人工心臓の開発を目指している．
1)の方法として補助人工心臓の入力側・流出側のconductや人工血管に動脈を用い，大動脈に直列に挿入する大動脈基部装着式軸流型補助人工心臓を考案した．本補助人工心臓は血液に動力を加えるモータとインペラのみ動脈に移植するもので，人工心臓の小型化，人工物の削減による血栓形成の抑制，手術の容易さなどが期待できる．開発した軸流型補助人工心臓は，最大外径33mm，全長52mm，流入・流出部の大動脈挿入部の外径22mm,長さ9.5mmで，実質的な人工心臓占有部分は外径33mm×長さ33mmである．本ポンプはステータの回転磁界でインペラを直接回転させる方式とし，インペラの軸方向をネオジム磁石による受動磁気軸受，径方向をインペラ翼端とinner housing間の流体力を応用する動圧軸受で各々支持し，インペラを非接触回転させる第3世代人工心臓となっている．In vitro実験により生体の循環機能を補助できるポンプ性能と受動磁気軸受が軸方向支持に十分な剛性を持つことを確認した．
2)の方法として，骨再生のscaffoldであるチタンメッシュの人工心臓システムの応用を検討した．その初めとして，体内人工心臓のモニタリングを行う人体通信を利用した経皮情報伝送システムにおける体内側通信電極への応用を考案した．チタンメッシュの生体組織誘導下における電気的特性について検討するため，チタンメッシュをラット皮下に埋込み，チタンメッシュー生体組織間界面抵抗の変化を12週間測定した．その結果，チタンメッシュはチタンディスクと比較し界面抵抗の値が小さく電極材料として適していること，また組織標本観察により繊維芽細胞とコラーゲンの他に毛細血管を観察でき，電極内に結合組織が安定に誘導されていることを確認した．
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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
経皮的情報通信システムの開発において，体内用通信電極としてラットを用いたチタンメッシュ電極の電気的特性変化の12週間慢性実験の実施と，体外用通信電極として衣服の上より送受信できる非接触型電極の開発となっている．本研究では，ラットによるチタンメッシュの電気的特性評価を研究計画通りに実施した．研究の連続性より，次年度に行うヤギによる一ヶ月慢性動物実験用体内通信デバイスの開発研究を本年度に先行して研究を開始しため，体外用通信電極の開発は次年度に行うこととしたが，研究全体として計画通り考えている．
大動脈直列挿入式補助人工心臓の開発においては，研究目標として設定したポンプの開発，ならびに十分な実用に耐えうる受動磁気軸受の開発をすでに実施できていること，さらにハイブリット型軸受けもすでにin vitro実験で検証し動圧軸受部分の課題を明らかにし，新しい方式の動圧軸受の開発を進めており，研究計画よりやや先行している．
以上より，本研究は概ね研究計画通りに進んでいると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は当初の研究計画通りに進めて行く予定である．しかし，大動脈直列挿入式補助人工心臓では，動圧軸受の製作に要求される精度が±5μm程度であるのに対し，科研費で購入した加工機の精度は±10μm以上で，現状では動圧部分の加工が手作業で行っており，動圧部分に十分な性能を発揮できない可能性がある．動物実験に加え溶血試験も本研究の遂行には不可欠であるが，溶血特性に大きな影響を及ぼす動圧部分が手作業である限りデータの再現性に厳しいものがあり，外注も含め動圧部分の加工手段について解決策を見いだす必要がある．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
2013年度は本研究3年計画の初年度のため，2014年度と2015年度の予算として残ったものである．また2013年に若干の繰越金が生じた．これは，チタンメッシュの組織標本を安価に作製して頂けるため委託していた企業が突然に廃業し別業者に委託することになったが，製作費用単価が2倍以上となった．特殊標本の作製のため他に業者が無くこの業者に委託せざるを得ず，2014年度に予定している組織標本作製に予定以上の経費がかかることになり，2013年度の消耗品支出を抑制した．その結果，2013年から2014年に繰越金が発生した．
2013年から2014年への繰越金については，上記に示した通り，チタンメッシュ電極の組織標本作製に使用予定である．その他の予算については当初の計画通りに使用する．
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