埋め込み型人工心臓の開発と血液適合性に関する研究

1995 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 05044195
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究機関: 国立循環器病センター
• 研究代表者: 高野 久輝 国立循環器病センター研究所, 副所長 (60028595)
• 研究分担者: YOON Shin Le 国立ソウル大学, 医学部・生体医工学施設, 特別研究員 ; HAN Ik Jo 国立ソウル大学, 医学部・臨床病理学, 教授 ; KYUNG Phil S 国立ソウル大学, 医学部・胸部外科, 教授 ; SEON Yang Pa 国立ソウル大学, 医学部・内科医学, 准教授 ; BYOUNG Goo M 国立ソウル大学, 医学部・生体医工学施設, 教授 ; 妙中 義之 国立循環器病センター研究所, 人工臓器部, 部長 (00142183) ; 井街 宏 東京大学, 医学部・医用電子研究施設, 教授 (10010076) ; 松田 武久 国立循環器病センター研究所, 生体工学部, 部長 (60142189) ; 加藤 久雄 国立循環器病センター研究所, 病因部, 部長 (80029959)
• 研究期間 (年度): 1993 – 1995
• キーワード: 体内完全埋込型人工心臓 / 電気油圧式人工心臓 / 電気機械式人工心臓 / 遠心ポンプ / 抗血栓性 / 血液適合性 / 動物実験 / 制御駆動

研究概要

本研究では、アジアでただ2ヵ国人工心臓の研究を行なっている近隣の日本と韓国が共同で、血液適合性を含む生体適合性を主体とした利用技術と、システム周辺要素の基礎技術の確立を行なう。開発目標とするシステムは、電気エネルギーのみを健常な皮膚を介して体外から体内に伝送する以外は、システム全体を体内に植え込んだ、埋め込み型人工心臓システムである。本年度は、特に、(1)人工心臓の構成要素についての基礎研究と開発、(2)人工臓器の血液適合性についての基礎的研究と血液ポンプへの応用、(3)動物実験などによる評価とそれに基づいた改良、に焦点を絞って研究した。
この共同研究を推進するために、昨年度の研究によって明らかとなった問題点について双方で独自に対策と改良のための研究を行なった。また、両国間で会議を開き、情報及び技術の交換を行なって双方の技術レベルの向上を図り、同時に共同で問題点の解決にあたった。システムや構成要素の評価するために、昨年度までに試作されたものを双方で動物に植え込んだり、in vitroの試験装置などでその性能を検討し、もう一段の高機能化と改良を図った。
韓国での第5回日韓合同会議の成果も含めた研究成果は以下の通りである。
(1)人工心臓の構成要素についての基礎的研究と開発
血液ポンプおよびその駆動のためのアクチュエータに関しては、体内への装着と発熱低下のためのポンプ・アクチュエータシステムの小型化と高効率化、Computer-aided design/Computer-aided manufacturingを応用したポンプ・アクチュエータシステムのデザイン、単一ピボット支持型磁力保持式血液ポンプに関する研究、に進歩が見られた。制御駆動法については、新しい試みとして、電気機械駆動式人工心蔵の生理学的に適切な駆動制御のための左右ポンプ室間の圧力分析、血中カテコラミン濃度測定法の開発による人工心臓のフィードバック制御法、が検討された。また、人工心臓システムの重要な構成部品および要素となる、体内完全埋込型人工心臓のための経皮的電気エネルギー伝送および体内二次電池の充放電法の検討が行われた。
(2)人工臓器の血液適合性についての基礎的研究と血液ポンプへの応用
血液接触面の抗血栓性の向上については、体外循環システムのための新しい表面ヘパリン化技術の開発、人工臓器システムに抗血栓性を付与するための戦略的アプローチに関する研究、"Lumbricus rubellus"から抽出した線溶酵素の純化と分析についての研究、人工心臓の血液接触面への線溶酵素の固定による表面改変、などが試みられた。また長期に渡る血液ポンプの駆動の際に問題となる、血液ポンプ用セグメント化ポリウレタンの石灰化機序についての研究も行われた。新しい循環器用人工臓器としての、小口径のポリウレタン製人工血管の開発のための細胞外基質の効果も検討された。
(3)動物実験などによる評価とそれに基づいた改良
補助人工心臓に関しては、重症心不全患者に対する補助人工心臓の使用方法に関する研究、重症心不全の回復を促すための長期間使用を目的とした補助人工心臓システムの評価、成羊を用いた電気油圧式補助人工心臓の評価、が行われた。全人工心臓については、移動アクチュエータ型電気機械駆動式人工心臓の音響スペクトル分析による人工心臓評価法の検討が行われた。また、血液用定常流ポンプに関して、自己灌流構造を有する遠心式血液ポンプの抗血栓性と血液破壊に関する長期動物実験による評価、食道の組織血流と粘膜PHの測定に基づいた末梢循環動態に及ぼす無拍動流体循環の検討、が行われた。基礎的検討として、体内完全埋込型モータ駆動式人工心臓の信頼性および耐久性向上のためのキ-テクノロジーについての検討、人工心臓の生体内評価のための体外循環施行モデルとしての成羊のFeasibilityの検討、も成果を挙げた。

研究成果

• [文献書誌] Taenaka Y: "Development of a pulsatile and a nonpulsatile artificial heart system at the National Cardiovascular Center Japan" Progress in the Artificial Heart. 157-172 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] HY Park: "The animal experiments of total artificial heart at the National Cardiovascular Center in Japan" Korean J Thoracic Cardiovas Surg. 27. 824-832 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Sakaki M: "Influences of nonpulsatile pulmonary flow on pulmonary function" J Thorac Cardiovasc Surg. 108. 495-502 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Taenaka Y: "Development and evaluation of components for a totally implantable artificial heart system" ASAIO Journal. 40. M314-M318 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Tatsumi E: "Rapid conversion of systemic flow pattern from pulsatile to nonpulsatile in konscious goats" Progress in Microcirculation Research. 463-467 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Taenaka Y: "Development of a pulsatile and a nonpulsatile artificial heart system at the National Cardiovascular Center Japan" Progress in the Artificial Heart. 157-172 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] HY Park: "The animal experiments of total artificial heart at the National Cardiovascular Center in Japan" Korean J Thoracic Cardiovas Surg. 27. 824-832 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Sakaki M: "Influences of nonpulsatile pulmonary flow on pulmonary function" J Thorac Cardiovasc Surg. 108. 495-502 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Taenaka Y: "Development and evaluation of components for a totally implantable artificial heart system" ASAIO Journal. 40. M314-M318 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Tatsumi E: "Rapid conversion of systemic flow pattern from pulsatile to non-pulsatile in conscious goats" Progress in Microcirculation Research. 463-467 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より