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2013 年度 実施状況報告書

生体組織と電子回路・精密機械を融合した生体組織融合化新世代人工臓器の開発研究

研究課題

研究課題/領域番号 25350539
研究種目

基盤研究(C)

研究機関東海大学

研究代表者

岡本 英治  東海大学, 札幌教養教育センター, 教授 (30240633)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード人工臓器 / 組織工学 / 補助人工心臓 / 組織誘導 / チタンメッシュ / 軸流ポンプ
研究概要

人工心臓と生体の融合化には,1)既存の生体組織の利用と2)生体組織の誘導の二つの方法があり,本研究では最終的に両手法を共に応用する生体―精密機械融合型人工心臓の開発を目指している.
1)の方法として補助人工心臓の入力側・流出側のconductや人工血管に動脈を用い,大動脈に直列に挿入する大動脈基部装着式軸流型補助人工心臓を考案した.本補助人工心臓は血液に動力を加えるモータとインペラのみ動脈に移植するもので,人工心臓の小型化,人工物の削減による血栓形成の抑制,手術の容易さなどが期待できる.開発した軸流型補助人工心臓は,最大外径33mm,全長52mm,流入・流出部の大動脈挿入部の外径22mm,長さ9.5mmで,実質的な人工心臓占有部分は外径33mm×長さ33mmである.本ポンプはステータの回転磁界でインペラを直接回転させる方式とし,インペラの軸方向をネオジム磁石による受動磁気軸受,径方向をインペラ翼端とinner housing間の流体力を応用する動圧軸受で各々支持し,インペラを非接触回転させる第3世代人工心臓となっている.In vitro実験により生体の循環機能を補助できるポンプ性能と受動磁気軸受が軸方向支持に十分な剛性を持つことを確認した.
2)の方法として,骨再生のscaffoldであるチタンメッシュの人工心臓システムの応用を検討した.その初めとして,体内人工心臓のモニタリングを行う人体通信を利用した経皮情報伝送システムにおける体内側通信電極への応用を考案した.チタンメッシュの生体組織誘導下における電気的特性について検討するため,チタンメッシュをラット皮下に埋込み,チタンメッシュー生体組織間界面抵抗の変化を12週間測定した.その結果,チタンメッシュはチタンディスクと比較し界面抵抗の値が小さく電極材料として適していること,また組織標本観察により繊維芽細胞とコラーゲンの他に毛細血管を観察でき,電極内に結合組織が安定に誘導されていることを確認した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

経皮的情報通信システムの開発において,体内用通信電極としてラットを用いたチタンメッシュ電極の電気的特性変化の12週間慢性実験の実施と,体外用通信電極として衣服の上より送受信できる非接触型電極の開発となっている.本研究では,ラットによるチタンメッシュの電気的特性評価を研究計画通りに実施した.研究の連続性より,次年度に行うヤギによる一ヶ月慢性動物実験用体内通信デバイスの開発研究を本年度に先行して研究を開始しため,体外用通信電極の開発は次年度に行うこととしたが,研究全体として計画通り考えている.
大動脈直列挿入式補助人工心臓の開発においては,研究目標として設定したポンプの開発,ならびに十分な実用に耐えうる受動磁気軸受の開発をすでに実施できていること,さらにハイブリット型軸受けもすでにin vitro実験で検証し動圧軸受部分の課題を明らかにし,新しい方式の動圧軸受の開発を進めており,研究計画よりやや先行している.
以上より,本研究は概ね研究計画通りに進んでいると考えている.

今後の研究の推進方策

本研究は当初の研究計画通りに進めて行く予定である.しかし,大動脈直列挿入式補助人工心臓では,動圧軸受の製作に要求される精度が±5μm程度であるのに対し,科研費で購入した加工機の精度は±10μm以上で,現状では動圧部分の加工が手作業で行っており,動圧部分に十分な性能を発揮できない可能性がある.動物実験に加え溶血試験も本研究の遂行には不可欠であるが,溶血特性に大きな影響を及ぼす動圧部分が手作業である限りデータの再現性に厳しいものがあり,外注も含め動圧部分の加工手段について解決策を見いだす必要がある.

次年度の研究費の使用計画

2013年度は本研究3年計画の初年度のため,2014年度と2015年度の予算として残ったものである.また2013年に若干の繰越金が生じた.これは,チタンメッシュの組織標本を安価に作製して頂けるため委託していた企業が突然に廃業し別業者に委託することになったが,製作費用単価が2倍以上となった.特殊標本の作製のため他に業者が無くこの業者に委託せざるを得ず,2014年度に予定している組織標本作製に予定以上の経費がかかることになり,2013年度の消耗品支出を抑制した.その結果,2013年から2014年に繰越金が発生した.
2013年から2014年への繰越金については,上記に示した通り,チタンメッシュ電極の組織標本作製に使用予定である.その他の予算については当初の計画通りに使用する.

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2013 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Transcutaneous communication system using the human body as conductive medium:Influence of transmission data current on the heart2013

    • 著者名/発表者名
      Eiji Okamoto, Sakiko Kikuchi, Hidekazu Miura, Yasuyuki Shiraishi, Tomoyuki Yambe, Yoshinori Mitamura
    • 雑誌名

      J.Bio-Medical Materials and Engineering

      巻: 23(1-2) ページ: 155-162

    • DOI

      10.3233/BME-120740

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A magnetic fluid seal for rotary blood pumps: Behaviors of magnetic fluids in a magnetic fluid seal2013

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Mitamura, Tetsuya Yano, Wataru Nakamura, Eiji Okamoto
    • 雑誌名

      Bio-Medical Materials and Engineering

      巻: 23(1-2) ページ: 63-74

    • DOI

      10.3233/BME-120733

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluation of Titanium Mesh Electrode using for Transcutaneous Intrabody Communication by Tissue-Electrode Impedance2013

    • 著者名/発表者名
      Eiji Okamoto, Sakiko Kikuchi, Yoshinori Mitamura
    • 雑誌名

      Proceeding of 35th Annual International Conference of the IEEE EMBS

      巻: 35 ページ: 667-670

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Magnetic Fluid Seal for Rotary Blood Pumps: Image and Computational Analyses of Behaviors of Magnetic Fluids2013

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Mitamura, Tetsuya Yano, Eiji Okamoto
    • 雑誌名

      Proceeding of 35th Annual International Conference of the IEEE EMBS

      巻: 35 ページ: 663-666

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A magnetic fluid seal for rotary blood pumps: behaviors of magnetic fluids in a magnetic fluid seal with a shield2013

    • 著者名/発表者名
      Y Mitamura, T Yano, W Nakamura, E Okamoto
    • 雑誌名

      Magnetohydrodynamics

      巻: 49( 3-4) ページ: 525-529

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 血液は磁性流体か?:勾配磁場における血液の流動特性2013

    • 著者名/発表者名
      三田村好矩,岡本英治
    • 雑誌名

      磁性流体連合講演会講演論文集

      巻: 11 ページ: 53-56

  • [雑誌論文] 非一様磁場における血液の流動特性2013

    • 著者名/発表者名
      三田村好矩、岡本 英治
    • 雑誌名

      電気学会研究会資料

      巻: LD-13-087 ページ: 17-24

  • [学会発表] Titanium Mesh Electrode for Transcutaneous Communication System Using Human Body as Conductive Medium2013

    • 著者名/発表者名
      Sakiko Kikuchi, Eiji Okamoto,Yuya Ishida,Kasumi Okabe, Yuki Kamebuchi, Yoshinori Mitamura
    • 学会等名
      Joint International Congress of 5th congress of the international federation for artificial hearts, and 51th annual meeting of the Japanese society of artificial organs
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      20130927-20130929
  • [学会発表] 大動脈基部装着型軸流式補助人工心臓用軸受の性能評価2013

    • 著者名/発表者名
      石田裕也,岡本英治,矢野哲也,菊池咲子,三田村好矩
    • 学会等名
      第51回日本人工臓器学会大会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      20130927-20130929
  • [学会発表] Development of a new axial flow pump Valvo Pump II toward a compact third generation blood pump2013

    • 著者名/発表者名
      Eiji Okamoto, Yuya Ishida, Tetsuya Yano, Sakiko Kikuchi, Yoshinori Mitamura
    • 学会等名
      21st Congress of the International Society for Rotary Blood Pumps
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      20130926-20130928
  • [学会発表] Evaluation of Titanium Mesh Electrode using for Transcutaneous Intrabody Communication by Tissue-Electrode Impedance2013

    • 著者名/発表者名
      Eiji Okamoto,Sakiko Kikuchi, Yoshinori Mitamura
    • 学会等名
      35th annual international conference of IEEE Engineering in Medicine and Biology society
    • 発表場所
      大阪国際会議場(大阪府大阪市)
    • 年月日
      20130703-20130707
  • [学会発表] A Magnetic Fluid Seal for Rotary Blood Pumps: Image and Computational Analyses of Behaviors of Magnetic Fluids2013

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Mitamura, Tetsuya Yano, Eiji Okamoto
    • 学会等名
      35th annual international conference of IEEE Engineering in Medicine and Biology society
    • 発表場所
      大阪国際会議場(大阪府大阪市)
    • 年月日
      20130703-20130707
  • [学会発表] A new axial flow pump install the base of ascending aorta: initial report of development of the VALVO PUMPII2013

    • 著者名/発表者名
      Eiji Okamoto,Akira Kuzumi, Yuya Ishida, Tetsuya Yano, Sakiko Kikuchi, Yoshinori Mitamura
    • 学会等名
      59th annual conference of American Society of Internal Artificial Organs
    • 発表場所
      Fairmont Chicago(Chicago,USA)
    • 年月日
      20130612-20130615
  • [学会発表] 経皮的情報通信システムにおける体内埋込み用生体組織誘導型電極の性能評価

    • 著者名/発表者名
      菊池咲子,岡本英治,岡部香澄,亀渕友紀,石田裕也,三田村好矩
    • 学会等名
      第52回日本生体医工学会北海道支部大会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
  • [学会発表] 再生医療時代の人工心臓―人工心臓における生体組織応用-

    • 著者名/発表者名
      岡本英治
    • 学会等名
      電気学会リニアドライブ研究会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 招待講演
  • [学会発表] 非一様磁場における血液の流動特性

    • 著者名/発表者名
      三田村好矩,岡本英治
    • 学会等名
      電気学会リニアドライブ研究会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
  • [学会発表] チタンメッシュ電極の電極インピーダンスのin vivo測定と性能評価

    • 著者名/発表者名
      菊地咲子,岡本英治,岡部香澄,亀渕友紀,石田裕也,三田村好矩
    • 学会等名
      第26回代用臓器再生医学研究会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
  • [学会発表] 連続流型補助人工心臓による部分補助下における左室内血流動態の数値流体解析

    • 著者名/発表者名
      矢野哲也,須藤誠一,岡本英治,三田村好矩
    • 学会等名
      第26回代用臓器再生医学研究会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)

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公開日: 2015-05-28  

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