マイクロ二次流れ指標を用いた新たな抗血栓性評価用ＣＦＤ解析手法の確立

• Project/Area Number: 18J40257
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biomedical engineering/Biomaterial science and engineering
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 太田 晶子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 特別研究員(RPD)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 血小板凝集 / 抗血栓 / 血液ポンプ / せん断流れ / マイクロ流れ / 表面粗さ / 全血血小板凝集 / 抗血栓性評価 / マイクロ二次流れ

Outline of Annual Research Achievements

当研究では，血液ポンプ開発における抗血栓性評価にむけて，材料表面粗さ・主流のせん断速度など独立したパラメータのみでなく，材料表面マイクロ幾何学形状近傍に発生するマイクロ二次流れのパラメータを加えた複合的要因による血球付着現象への影響を明らかにする．さらに，血栓形成度と血液性状・表面材料物性・せん断流れ・材料表面近傍のマイクロ二次流れの関係を定式化，血液ポンプ開発のための新たな流体工学的抗血栓評価法（抗血栓性評価用CFD解析）を確立することを目的とする．
初年度および次年度まではマイクロ幾何学構造を有する試料片への血液成分付着現象の定量化のために，コントロール必要な血液性状，表面材料物性，せん断流れの３つのうち，個体差がありエンジニア的コントロールが難しい血液性状に関して，血栓形成の要となる全血血小板凝集能を表す独自の指標ML-PATI値コントロールする手法について集中的に検討を行った．また，In vitroによる血液成分付着現象・血栓形成の定量化のための試料片設置チャンバを用いて確認実験を行いML-PATIが高い方がマイクロ円柱に対する血小板付着は多く，せん断応力による血液性状コントロールが行われていることを確認した．
本年度は，実際に全血血小板凝集能を表すML-PATI値変化させた血液を用いてIn vitroによる表面粗さを模した様々な大きさのマイクロ円柱に対する血小板付着実験を行った．マイクロ円柱周囲に対する血小板付着率はML-PATIが低い場合，マイクロ円柱のサイズに関わらず変化がなかった．一方，ML-PATIが高い場合，マイクロ円柱サイズの違いにより発生するマイクロ二次流れの大小に対応して血小板付着率が変化することが確認された．

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Quantitative investigation of platelet aggregation under high shear force for anti-platelet aggregation in vitro tests (2021)
  • Author(s): Akiko Oota-Ishigaki, Ph.D, Osamu Maruyama, Ph.D, Daisuke Sakota, Ph.D, Ryo Kosaka, Ph.D, Wataru Hijikata, Ph.D, Masahiro Nishida, Ph.D
  • Journal Title: International Journal of Artificial Organs Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 高せん断応力下における血小板凝集の定量評価 (2020)
  • Author(s): 太田晶子, 迫田大輔, 小阪亮, 丸山修,西田正浩
  • Organizer: つくば医工連携フォーラム2020
• [Presentation] 高せん断流れによるin vitro血小板凝集能の影響と定量的評価 (2019)
  • Author(s): 太田晶子, 迫田大輔, 小阪亮, 丸山修,西田正浩
  • Organizer: 第18回 産総研・産技連LS-BT合同研究発表会
• [Presentation] Quantitative evaluation of platelet aggregation under high shear stress (2019)
  • Author(s): Akiko Oota-Ishigaki, Daisuke Sakota, Ryo Kosaka, Osamu Maruyama, Masahiro Nishida
  • Organizer: IFAO2019（The 8th Meeting of the International Federation for Artificial Organs)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In vitro quantitative evaluation of platelet activation under shear stress (2018)
  • Author(s): Akiko Oota-Ishigaki, Daisuke Sakota, Ryo Kosaka, Osamu Maruyama, Toru Masuzawa, Masahiro Nishida
  • Organizer: 26th Annual Meeting of the International Society for Mechanical Circulatory Support（ISMCS2018）
  • Int'l Joint Research