生体内組織形成術により作製したバイオバルブの全人工心臓への応用

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25670603
• Research Institution: National Cardiovascular Center Research Institute
• Principal Investigator: 住倉 博仁 独立行政法人国立循環器病研究センター, 研究所, 特任研究員 (20433998)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: バイオバルブ / 全人工心臓 / 人工弁 / 自己組織 / 模擬循環回路

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、皮下などの体内を組織構築の場(バイオリアクター)にして自己組織からなる移植片を作製する新しい生体内組織形成術(In body tissue architecture technology)を応用し、全人工心臓(Total Artificial Heart: 以下、TAH)用バイオバルブの開発を目的としている。本年度はTAH用血液ポンプに組み込むための肺動脈弁用バイオバルブを試作し、生体外機能評価を行った。また、バイオバルブを組み込むための血液ポンプの設計を開始した。
(1) 3D CADにて肺動脈弁用バイオバルブの基材の設計を行い、3Dプリンタを用いて円柱型アクリル基材を作製した。この基材と同様に3D CADで設計したステントとを組み合わせた鋳型を成ヤギの皮下に埋込した。約一カ月後に摘出し、アクリル基材を除去することでステントと結合組織からなる肺動脈弁用バイオバルブ(内径25 mm)の試作品を作製した。
(2)得られた試作品を肺動脈弁位に接続して、拍動流模擬循環回路を用いた機能評価試験を行った。作動流体は37℃の生理食塩水を用いた。肺循環系の圧力負荷に対するバイオバルブの弁機能に関して検討を行った結果、拍動数70-120 bpm、平均肺動脈圧約18 mm Hgにおける拍出量は6.2-7.6 L/minとなり、平均逆流率は約11 %であった。肺動脈弁用バイオバルブは試作段階ではあったが、TAH用として適用可能であることが示唆され、今後の改良によって十分な弁機能が得られると期待された。
(3)バイオバルブを血液ポンプへ組み込んだ状態で評価を行うために、拍動型補助人工心臓用血液ポンプを応用した血液ポンプの設計を開始した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

肺動脈弁用バイオバルブの鋳型の設計・製作を基に、成ヤギへの埋め込みによる肺動脈用バイオバルブの試作が実行できた。拍動流模擬循環回路にて肺循環系の条件下にてバイオバルブの生体外弁機能評価を実施できた。また、拍動型補助人工心臓用血液ポンプを応用したバイオバルブ組み込み用血液ポンプの設計を開始した。

Strategy for Future Research Activity

本年度は、現在までに試作したバイオバルブの性能向上を目的とした鋳型の改良を重点的に行い、大型動物への埋め込みによるバイオバルブの作製を行うと共に、拍動流模擬循環回路を用いた生体外評価を実施する。評価結果は適宜バイオバルブの改良にフィードバックさせて完成度を高める。並行して、バイオバルブ組み込み用血液ポンプを試作し、バイオバルブとの一体化を図る。試作した血液ポンプを用いて、模擬循環回路、および動物実験における性能評価を実施する予定である。

Causes of Carryover

実験補助やデータ処理等のために人件費を計上したが使用しなかった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

小型血液ポンプを作製するための材料・部品の購入費や試作加工費として使用する。また、本研究の成果を国内外に広く発表する目的での学会参加出張旅費として使用する。

Research Products

• [Journal Article] In-body tissue-engineered aortic valve (Biovalve type VII) architecture based on 3D printer molding (2015)
  • Author(s): Nakayama Y, Takewa Y, Sumikura H, Yamanami M, Matsui Y, Oie T, Kishimoto Y, Arakawa M, Ohnuma K, Tajikawa T, Kanda K, Tatsumi E
  • Journal Title: J Biomed Mater Res B Appl Biomater Volume: 103(1) Pages: 1-11
  • DOI: 10.1002/jbm.b.33186.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In vitro evaluation of a novel autologous aortic valve (biovalve) with a pulsatile circulation circuit (2015)
  • Author(s): Sumikura H, Nakayama Y, Ohnuma K, Takewa Y, Tatsumi E
  • Journal Title: Artif Organs Volume: 38(4) Pages: 282-289
  • DOI: 10.1111/aor.12173.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation of an Autologous Heart Valve with a Stent (Stent-Biovalve) Using the Stent Eversion Method (2014)
  • Author(s): Mizuno T, Takewa Y, Sumikura H, Ohnuma K, Moriwaki T, Yamanami M, Oie T, Tatsumi E, Uechi M, Nakayama Y
  • Journal Title: J Biomed Mater Res B Appl Biomater Volume: 102(5) Pages: 1038-1045
  • DOI: 10.1002/jbm.b.33086.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ウェアラブル式空気圧駆動装置の全置換型人工心臓システムへの応用の基礎的検討 (2014)
  • Author(s): 住倉 博仁, 本間 章彦, 大沼 健太郎, 妙中 義之, 武輪 能明, 梅木 昭秀, 水野 敏秀, 築谷 朋典, 片桐 伸将, 藤井 豊, 角田 幸秀, 向林 宏, 片野 一夫, 福井 康裕, 巽 英介
  • Journal Title: 電気学会論文誌Ｃ（電子・情報・システム部門誌） Volume: 134 Pages: 839-847
  • DOI: 10.1541/ieejeiss.134.839.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Development of successful implantation of a novel autologous valve substitute(biovalve) with transcatheter technique (2014)
  • Author(s): Takewa Y, Nakayama Y, Kishimoto S, Date K, Sumikura H, Kanda K, Tajikawa T, Tanaka T, Taenaka Y, Tatsumi E
  • Organizer: American Heart Association Scientific Sessions 2014
  • Place of Presentation: Chicago
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] 生体内組織形成術による次世代型自家組織心臓弁の開発 (2014)
  • Author(s): 武輪能明, 中山泰秀, 岸本 諭, 伊達数馬, 住倉 博仁, 神田圭一, 田地川 勉, 田中孝晴, 妙中義之, 巽 英介
  • Organizer: 日本人工臓器学会大会 (52)
  • Place of Presentation: 札幌市
  • Year and Date: 2014-10-17 – 2014-10-19
• [Presentation] チューブ型ステントバイオバルブにおける弁葉寸法の最適化 (2014)
  • Author(s): 住倉 博仁, 中山泰秀, 大沼健太郎, 武輪能明, 巽 英介
  • Organizer: 日本人工臓器学会大会 (52)
  • Place of Presentation: 札幌市
  • Year and Date: 2014-10-17 – 2014-10-19
• [Presentation] 自己組織由来人工心臓弁（バイオバルブ）を用いた外科的大動脈弁置換術の動物実験評価 (2014)
  • Author(s): 岸本 諭, 武輪能明, 中山泰秀, 住倉 博仁, 伊達数馬, 西村元延, 巽 英介
  • Organizer: 日本人工臓器学会大会 (52)
  • Place of Presentation: 札幌市
  • Year and Date: 2014-10-17 – 2014-10-19
• [Presentation] 自己組織からなる心臓弁 (Biovalve) の開発 (2014)
  • Author(s): 武輪能明, 中山泰秀, 岸本 諭, 伊達数馬, 住倉 博仁, 神田圭一, 田地川 勉, 田中孝晴, 妙中義之, 巽 英介
  • Organizer: 日本胸部外科学会定期学術集会 (67)
  • Place of Presentation: 福岡市
  • Year and Date: 2014-09-30 – 2014-10-03
• [Presentation] In vitro evaluation of a novel autologous biovalve with a stent for pulmonary valve (2014)
  • Author(s): Sumikura H, Nakayama Y, Ohnuma K, Takewa Y, Tatsumi E
  • Organizer: Annual ESAO (European Society for Artificial Organs) Congress (41)
  • Place of Presentation: Rome
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] Development of a novel autologous heart valve (biovalve stent) for transcatheter implantation (2014)
  • Author(s): Takewa Y, Nakayama Y, Kishimoto S, Date K, Sumikura H, Kanda K, Tanaka T, Tatsumi E
  • Organizer: Annual ESAO (European Society for Artificial Organs) Congress (41)
  • Place of Presentation: Rome
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] Pilot study of biovalve with stent as surgical aortic valve replacement in a goat model (2014)
  • Author(s): Kishimoto S, Takewa Y, Nakayama Y, Date K, Sumikura H, Nishimura M, Tatsumi E
  • Organizer: Annual ESAO (European Society for Artificial Organs) Congress (41)
  • Place of Presentation: Rome
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] Histological change of a novel autologous tissue engineered heart valve after implantation (2014)
  • Author(s): Takewa Y, Nakayama Y, Sumikura H, Kishimoto S, Date K, Tajikawa T, Tanaka T, Tatsumi E
  • Organizer: Biennial Meeting on Heart Valve Biology & Tissue Engineering (6)
  • Place of Presentation: London
  • Year and Date: 2014-09-10 – 2014-09-12
• [Presentation] Key factors to develop histogenesis in a novel autologous heart valve implantation (2014)
  • Author(s): Takewa Y, Nakayama Y, Sumikura H, Kishimoto S, Date K, Wieloch R, Kanada K, Tajikawa T, Tanaka T, Tatsumi E
  • Organizer: European Society of Cardiology Congress 2014
  • Place of Presentation: Barcelona
  • Year and Date: 2014-08-30 – 2014-09-03
• [Presentation] Development of noble autologous heart valve (Biovalve) (2014)
  • Author(s): Takewa Y, Nakayama Y, Sumikura H, Date K, Wieloch R, Kanda K, Tajikawa T, Tanaka T, Taenaka Y, Tatsumi E
  • Organizer: American Society for Artificial Internal Organs (60)
  • Place of Presentation: Washington D.C.
  • Year and Date: 2014-06-18 – 2014-06-21
• [Presentation] 肺動脈弁用ステントバイオバルブの IN VITRO 機能評価 (2014)
  • Author(s): 住倉 博仁, 中山泰秀, 大沼健太郎, 武輪能明, 巽 英介
  • Organizer: 日本バイオレオロジー学会年会 (37)
  • Place of Presentation: さいたま市
  • Year and Date: 2014-06-05 – 2014-06-06
• [Presentation] Long term evaluation of in-body tissue engineered heart valve (Biovalve) (2014)
  • Author(s): Takewa Y, Nakayama Y, Kishimoto S, Date K, Sumikura H, Kanda K, Tajikawa T, Taenaka Y
  • Organizer: Annual Joint Scientific Meeting of the Heart Valve Society of America and Society for Heart Valve Disease (6)
  • Place of Presentation: New York
  • Year and Date: 2014-05-08 – 2014-05-10
• [Presentation] A novel autologous valve substitute (Biovalve) available for various type of cardiac valve protheses (2014)
  • Author(s): Takewa Y, Nakayama Y, Kishimoto S, Date K, Wieloch R, Sumikura H, Kanda K, Tajikawa T, Tanaka T, Taenaka Y, Tatsumi E
  • Organizer: International Congress of the European Society for Cardiovascular and EndoVascular Surgery (63)
  • Place of Presentation: Nice
  • Year and Date: 2014-04-24 – 2014-04-27
• [Presentation] Preparation of an autologous heart valve with a stent(stent-biovalve) using the stent eversion method (2014)
  • Author(s): Nakayama Y, Mizuno T, Takewa Y, Sumikura H, Ohnuma K, Moriwaki T, Yamanami M, Oie T, Tatsumi E, Kanda K
  • Organizer: International Congress of the European Society for Cardiovascular and EndoVascular Surgery (63)
  • Place of Presentation: Nice
  • Year and Date: 2014-04-24 – 2014-04-27