脈のない連続流人工心臓の循環生理学

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25670105
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 井上 雄介 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 研究員 (80611079)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 微小循環 / 生体内観察 / 循環生理学 / 人工心臓 / 血管新生 / 組織工学 / 足場 / 顕微鏡

Outline of Annual Research Achievements

臨床応用が広まりつつある人工心臓には、その駆動方式として拍動流と連続流の２種類が存在するが、どちらが循環生理学的に生体に適しているか、もしくは問題があるかが明らかになっていない。自然の血流ではない連続流で駆動しても大血管系では大きな影響はみられないが、肺や微小循環などの、血液の主たる機能であるガス交換部位における影響は未解明である。これまで拍動流と連続流のどちらも駆動できる人工心臓が存在せず、長期間観察可能な顕微鏡もなかったため研究はすすめられなかったが、我々は拍動流・連続流のどちらも駆動可能な完全人工心臓すでに開発済みである。そこで長期安定的に微小循環を観察できる顕微鏡を開発し、それらを用いて脈のない血流が生体へ与える影響を明らかにすることが本研究の目的である。そこで本年度は微小循環観察装置の開発を行い、その後人工心臓を装着した動物の血流駆動様式を変更し、微小循環への影響を観察する実験的研究である。これまでなし得なかった、観察の安定性の確保と麻酔等の外乱抑制という条件を満たすために、観察装置内に血管を新生させる機構を組み込む。初年度に高解像度の微小循環観察装置の独自開発が完了していたため、動物実験において足場材料を組み込んだ内視鏡カメラを用いて、基本的な問題点・改善点を洗い出しができた。視野サイズと倍率の排反関係が生じたが、本年度で3段階の倍率を持つデバイスをそれぞれ作製することで背反条件の解決を試みた。これまでに動物実験を７度行い、体内観察デバイスの基本的な完成を見た。これまでのデバイスではなしえなかった、安定した視野と長期的連続観察を実現した。さらに倍率と視野を両方確保するためのデバイスを開発した。動物実験の成果としては、薬剤・運動・人工心臓の駆動条件の違いによる微小血管の挙動を連続的に観察し、体内埋込型の微小循環観察デバイスとして必要十分な機能を得た。

Research Products

• [Journal Article] Hydrodynamic characteristics of the helical flow pump (2015)
  • Author(s): Ishii K, Hosoda K, Nishida M, Isoyama T, Saito I, Ariyoshi K, Inoue Y, Ono T, Nakagawa H, Sato M, Hara S, Lee X, Wu S, Imachi K, Abe Y
  • Journal Title: J Artif Organs Volume: 18 Pages: online
  • DOI: 10.1007/s10047-015-0828-y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Concept of left atrial pressure estimation using its pulsatile amplitude in the helical flow total artificial heart (2014)
  • Author(s): Wu S, Saito I, Isoyama T, Inoue Y, Sato M, Hara S, Li X, Yurimoto T, Murakami H, Kawase K, Ono T, Abe Y
  • Journal Title: J Artif Organs Volume: 17 Pages: 301-307
  • DOI: 10.1007/s10047-014-0788-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Computational fluid dynamics analysis of the pump parameters in the helical flow pump (2014)
  • Author(s): Hosoda K, Ishii K, Isoyama T, Saito I, Inoue Y, Ariyoshi K, Ono T, Nakagawa H, Imachi K, Kumagai H, Abe Y
  • Journal Title: J Artif Organs Volume: 17 Pages: 9-15
  • DOI: 10.1007/s10047-013-0739-8
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 次世代完全人工心臓の実用化を目指して：螺旋流完全人工心臓の開発 (2015)
  • Author(s): 阿部裕輔、磯山隆、斎藤逸郎、原伸太郎、佐藤雅巳、圦本晃海、李欣陽、村上遥、小野俊哉、川瀬由季乃、前野映里奈、田代彩夏、井上雄介、深沢今日子、石原一彦、高井まどか、小野稔、井街宏
  • Organizer: 第43回人工心臓と補助循環懇話会学術集会
  • Place of Presentation: 静岡県・熱海・後楽園ホテル
  • Year and Date: 2015-02-20 – 2015-02-20
• [Presentation] Histopathology image analysis in 4 animal experiments with helical flow total artificial heart (HF-TAH) (2014)
  • Author(s): Wotke Jiri, Vasku Jaromir, Dobsak Petr, 井上雄介、斎藤逸郎、磯山隆、井街宏、阿部裕輔
  • Organizer: 第52回人工臓器学会
  • Place of Presentation: 北海道・札幌・京王プラザホテル札幌
  • Year and Date: 2014-10-19 – 2014-10-19
• [Presentation] 螺旋流完全人工心臓による長期生存ヤギの病態生理 (2014)
  • Author(s): 阿部裕輔、磯山隆、斎藤逸郎、圦本晃海、原伸太郎、李欣陽、村上遥、佐藤雅巳、川瀬由季乃、前野映里奈、田代彩夏、井上雄介、小野俊哉、深沢今日子、石原一彦、高井まどか、小野稔、井街宏
  • Organizer: 第52回人工臓器学会
  • Place of Presentation: 北海道・札幌・京王プラザホテル札幌
  • Year and Date: 2014-10-19 – 2014-10-19
• [Presentation] 完全人工心臓による微小循環血行動態の実時間観察 (2014)
  • Author(s): 井上雄介、斎藤逸郎、磯山隆、小野俊哉、井街宏、阿部裕輔
  • Organizer: 第52回人工臓器学会
  • Place of Presentation: 北海道・札幌・京王プラザホテル札幌
  • Year and Date: 2014-10-19 – 2014-10-19
• [Presentation] Development of the Helical Flow Total Artificial Heart: Results of Animal Experiment with the First Version Model (2014)
  • Author(s): Yusuke Abe,Takashi Isoyama,Itsuro Saito,Terumi yurimoto,Shintaro Hara,Xin-Yang Li,Yusuke Inoue
  • Organizer: 22nd International Society for Rotary Blood Pumps
  • Place of Presentation: アメリカ・サンフランシスコ・ホテルニッコウ
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-25
• [Presentation] Investigation of the right blood pump for the helical flow total artificial heart (2014)
  • Author(s): Yurimoto Terumi,Itsuro Saito, Takashi Isoyama, Yusuke Inoue,Masami Sato, Shintaro Hara, Xin-Yang Li,Haruka Murakami, Yukino Kawase, Toshiya Ono, Kyoko Fukazawa, Kazuhiko Ishihara, Minoru Ono,Yusuke Abe
  • Organizer: 第53回日本生体医工学会大会
  • Place of Presentation: 宮城県・仙台・仙台国際会議場
  • Year and Date: 2014-06-26 – 2014-06-26
• [Presentation] Design concept and elemental technologies of the helical flow total artificial heart (2014)
  • Author(s): "Yusuke Abe, Takashi Isoyama, Itsuro Saito, Terumi Yurimoto, Shintaro Hara, Xin-Yang Li, Haruka Murakami, Yukino Kawase, Masami Sato, Yusuke Inoue, Toshiya Ono, Kyoko Fukazawa, Kazuhiko Ishihara, Madoka Takai, Minoru Ono "
  • Organizer: 第53回日本生体医工学会大会
  • Place of Presentation: 宮城県・仙台・仙台国際会議場
  • Year and Date: 2014-06-26 – 2014-06-26