生体適合性材料の編織による強度と生体適合性を両立した人工胆管の開発

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26560217
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 白木川 奈菜 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90724386)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 前原 喜彦 九州大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (80165662) ; 井嶋 博之 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10274515) ; 調 憲 九州大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (70264025) ; 山下 洋市 九州大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (00404070)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 人工胆管 / 医工連携 / 生体適合性素材

Outline of Annual Research Achievements

重篤な肝不全の場合、根本的な治療法は肝移植しかない。しかし、肝移植は心臓死ドナーからの移植が行えない。そのため、脳死(日本では年間40例)もしくは生体部分肝移植(日本では年間500例)が行われている。生体肝移植は肝静脈、門脈、動脈を再建した後に、胆管を再建する。しかし術後の胆管狭窄を伴う腸管からの逆行性胆管炎発症(発症率5-10%)による入退院の繰り返しが、患者及び移植レシピエンントの社会復帰を妨げている。
再建部位の選択の自由を広げ、かつ術後の狭窄を防ぐために強度を持ちつつも、生体適合性の高い人工胆管の開発が医療現場では希求されている。しかしながら、胆管に関する研究者は少なく、理想的な素材はまだ開発されていない。そこで、我々はその開発に取り組むこととした。
具体的には、機能性材料による紐状のゲル(ゲルストランド)の開発を行い、開発したゲルストランドの編織により管を作製し、体内でレシピエントの胆管に置換されるような人工胆管の開発である。
本研究は平成26～28年度にかけて行われ、初年度となる平成26年度は素材となるゲルストランドの作製及び編織による管形成を予定していた。素材としてはグルコマンナン、PVA、コラーゲン、ゼラチン、ヒアルロン酸に着目し、ゲルストランドの開発を行った。まずは、グルコマンナンゲルにおいて、ゲルストランドの作製、及び編織に成功した。しかしながら、ゲルストランドの直径は2mm程度、編織してできた管の内径は7mm程度、管壁は3mm程度であった。ブタスケールであれば、適当な内径であるが、縫合を考えると管壁を薄くする必要がある。そのため、ゲルストランドを細くすることが望まれる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

ゲルの編織が予想以上に困難である。編織後の管壁を薄くするには、ゲルストランドを細くする必要があるが、編織するには弾力と張力を兼ね備える必要があるため、細くすることが難しい。編織方法の抜本的な改革が必要であると考える。

Strategy for Future Research Activity

本研究が目指しているのは、生体適合性材料によるゲルストランドの開発、及びその編織による管構造の作製、さらに移植による評価と最適化である。素材を編織することによる管構造の強度向上を目指すものである。
初年度ではゲル素材としてグルコマンナンを中心に開発を進めたが、次年度からは他素材との混合や、架橋による新素材の開発も視野に入れ、グルコマンナンよりも編織に適した素材の開発に取り組む。ゲルストランドの長さとしても、数十センチオーダーであったので、長さの伸長も目指す。また、一方で、初年度では毛糸玉のような1本のゲルストランドを作製して編織しようと試みたが、1本だと途中で切れた際のトラブルが危惧された。また、ゲルストランドの長さから編織できる構造体のサイズが制限され、構造体の作製が非常に困難であった。従って、複数本を用いて編み上げるような編織法の開発も試みる。
また、素材開発と並行して、想定される素材を平板状にウェルプレートに作成し、無菌状態での作製法の確認や、細胞接着性の評価も行う。編織法が開発された際には、その結果を応用し、管状素材への細胞の播種や移植評価が、速やかに行えるようにする。

Research Products

• [Presentation] Functional hydrogel tube for artificial bile duct (2014)
  • Author(s): Keitaro Tokuyama, Nana Shirakigawa, Daisuke Imai, Yo-ichi Yamashita, Ken Shirabe, Yoshihiko Maehara, Hiroyuki Ijima
  • Organizer: Tissue Engineering and Regenerative Medicine International Society-Asia Pacific Annual Conference (TERMIS-AP 2014)
  • Place of Presentation: Daegu, Korea
  • Year and Date: 2014-09-24 – 2014-09-27