新規血液適合化技術を用いた抗凝血療法不要の次世代型心肺補助装置の開発

2003 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 13470247
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 外科学一般
• 研究機関: 国立循環器病センター研究所
• 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: 築谷 朋典 国立循環器病センター研究所, 人工臓器部, 室員 (00311449) ; 巽 英介 国立循環器病センター研究所, 人工臓器部, 室長 (00216996) ; 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) ; 本間 章彦 国立循環器病センター研究所, 人工臓器部, 室員 (20287428) ; 武輪 能明 国立循環器病センター研究所, 人工臓器部, 室長 (20332405) ; NISHINAKA Tomohiro National Cardiovascular Center Research Institute, Department of Artificial Organs, Laboratory Chief (00256570)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2003
• キーワード: 人工肺 / 遠心ポンプ / 心肺補助 / 抗凝血療法 / ヘパリンコーティング

研究概要

(1)血液適合性表面処理技術の確立:血液適合化表面処理技術の最適化、評価:新たに開発したヘパリンコーティング材料は長鎖ジアルキル基を有する脂肪族系カップリング剤とヘパリンとのイオン結合型複合体であるが、高ヘパリン活性、基材を選ばずにコーティング加工が可能であること、簡便にコーティング処理が可能であることを同時に満足していることが確認された。
(2)安全性、無毒性の保証に関する検討:人工肺、遠心ポンプ、血液回路に本表面処理技術を施した場合の物理化学的生物学的安全性、無毒性等に関する検討を行い安全性は極めて高いと判断された。
(3)次世代型心肺補助装置の製作と評価
(1)次世代型心肺補助装置の製作:上記の検討結果に基づき人工肺、遠心ポンプ、血液回路部分の全表面処理を行い、これらを一体化させて臨床前試験用の試作モデルの開発を行った。人工肺の開発においては充填量を維持したままガス交換能を向上させるべく、中空糸の細径化とガス透過性の向上を長期耐久性と血液適合性を維持したまま達成しえた。また、成人用人工肺に加えて小児用の人工肺の開発を行い、同様の長期耐久性と血液適合性を持つデバイスを開発しえた。(2)模擬循環回路および急性動物実験による特性およびガス交換性能の評価:試作モデルの基本的性能について人工肺の血液適合性、ガス交換性能の評価を行った結果、臨床使用上十分な性能が得られることが確認された。(3)慢性動物実験による評価と改良:無抗凝血療法下にデバイス無交換長期連続使用の可能性を有する次世代型ECMOシステムの開発を行い、その有効性について動物実験にて長期生体内評価を行った。人工肺には薄い緻密層が血液/ガスの直接接触を回避することにより長期耐久性を高め、ガス交換能にも優れた特殊ポリオレフィン膜使用の新規開発人工肺を、血液駆動には軸シールを排したポンプを用いた。全回路に対して血液適合化表面処理技術による処理を行い、本システムを用いて成山羊に対して静動脈バイパスを作成した。開始後は抗凝血療法を一切行わなかった。この結果全例良好な全身状態を維持したまま、デバイス無交換にて21-65日間の連続運転が可能であった。人工肺に血漿の漏出は認めず、ガス交換機能も良好に維持された。送脱血管、回路、遠心ポンプ内に血栓の形成は認めず、人工肺の血栓形成もケーシング辺縁部に認めた以外は軽微であった。新規開発の血液適合化表面処理技術を用いた本システムは、抗血栓性と長期耐久性に極めて優れ、無抗凝血療法下の長期連続使用の可能性を有していることが確認された。
(4)心肺補助システムの臨床応用:本システムのうち、人工肺に関しては厚生労働省の薬事承認を経て製品化、臨床応用を実現した。この他の遠心ポンプ、送脱血管などについても臨床使用を順次開始する予定にある。臨床使用例の心臓血管手術では血小板の活性化の抑制効果を認めた。

研究成果

• [文献書誌] 片桐伸将, 巽 英介, 築谷朋典, 西中知博, 妙中義之, 高野久輝, 酒井一成, 松田智昌: "中空糸膜径が外部灌流方式人工心肺の性能に及ぼす影響の検討"ライフサポート. 13. 8-13 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 松田智昌, 酒井一成, 西中知博, 巽 英介, 片桐伸将, 妙中義之, 田中秀典, 柏原 進, 佐藤正喜: "優れた抗血栓性と耐久性を有するPlatinum Cube NCVCについて"医工学治療. 14. 22-24 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 片桐伸将, 巽 英介, 西中知博, 妙中義之, 高野久輝, 酒井一成, 松田智昌, 田中秀典, 柏原 進, 佐藤正喜: "血漿漏出を防止する非対称膜構造の中空糸膜を用いた人工肺のガス交換性能の向上と新規開発のヘパリンコーティングが人工肺に与える影響の評価"模型肺. 25. 47-52 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 西中知博, 巽 英介, 妙中義之, 片桐伸将, 大西裕幸, 押川満雄, 塩谷恭子, 福田敏秀, 築谷朋典, 本間章彦, 武輪能明, 高野久輝, 佐藤正喜, 柏原 進, 田中秀典, 酒井一成, 松田智昌: "優れた抗血栓性と長期耐久性を有する心肺補助システムの開発"模型肺. 25. 53-57 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Nishinaka T., Tatsumi E., Taenaka Y., Katagiri N., Ohnishi H., Shioya K., Fukuda T., Oshikawa M., Sato K., Tsukiya T., Homma A., Takewa Y., Takano H., Sato M., Kashiwabara S., Tanaka H., Sakai K., Matsuda T.: "At least thirty-four days of animal continuous perfusion by a newly developed extracorporeal membrane oxygenation system without systemic anticoagulants."Artificial Organs. 26. 548-551 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 片桐伸将, 舟久保昭夫, 築谷朋典, 巽 英介, 西中知博, 武輪能明, 妙中義之, 福井康裕, 高野久輝: "外部灌流中空糸膜型人工肺の酸素・炭酸ガス移動現象の数値流体解析による検討"模型肺. 26. 30-37 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Katagiri N., Tatsumi E., Tsukiya T., Nishinaka T., Taenaka Y., Takano H., Sakai K., Matsuda T: "Investigations of an augmentative effects of diameter of a hollow fiber membrane on gas exchange capacity of an extracapillary flow type oxygenator."LST. 13-1. 8-13 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Matsuda T, Sakai K, Nishinaka T., Tatsumi E., Taenaka Y., Katagiri N., Sato M., Kashiwabra S., Tanaka H.: "Platinum CubeNCVC with excellent antithrombogenicity and durability."Ikougakuchiryo. 14-1. 22-24 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Katagiri N., Tatsumi E., Nishinaka T., Takewa Y., Taenaka Y., Takano H., Sakai K., Matsuda T., Tanaka H., Sato M.: "Improvement of an asymmetrical structured hollow fiber membrane preventing plasma leakage and evalution of a newly developed heparin coating oxygenator consisting of this membrane."Membrane Oxygenator. 25. 47-52 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Nishinaka T., Tatsumi E., Taenaka Y., Katagiri N., Ohnishi H., Oshikawa M, Shioya K., Tsukiya T, Fukuda T, Homma A, Takewa Y, Takano H., Sato M., Kashiwabara S., Tanaka H., Sakai K., Matsuda T.: "Development of a cardiopulmonary support system with excellent antithrombogenicity and durability."Membrane Oxygenator. 25. 53-57 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Nishinaka T., Tatsumi E., Taenaka Y., Katagiri N., Ohnishi H., Shioya K., Fukuda T., Oshikawa M., Sato K., Tsukiya T., Homma A., Takewa Y., Takano H., Sato M., Kashiwabara S., Tanaka H., Sakai K., Matsuda T.: "At least thirty-four days of animal continuous perfusion by a newly developed extracorporeal membrane oxygenation system without systemic anticoagulants."Artificial Organs. 26-6. 548-554 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Katagiri N., Funakubo A., Tsukiya T., Tatsumi E., Nishinaka T., Takewa Y., Taenaka Y., Fukui Y., Takano H.: "Investigation of O2/CO2 gas transfer of an extracapillary flow type oxygenator using CFD."Membrane Oxygenator. 26. 30-37 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より