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

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13470247
• Research Institution: National Cardiovascular Center Research Institute
• Principal Investigator: 西中 知博 国立循環器病センター研究所, 人工臓器部, 室長 (00256570)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 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) ; 高野 久輝 国立循環器病センター研究所, 副所長 (60028595) ; 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) ; 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)
• Keywords: ヘパリン / 人工肺 / 血液適合性 / 人工心臓 / 心肺補助 / 抗凝血療法

Research Abstract

(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科学的、生物学的安全性、無毒性、長期保存安定性に関する検討を行い、急性毒性試験、遺伝毒性試験、亜急性毒性試験などの様々な生物学的安全性試験などいずれの試験において問題となる所見を認めず、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。(2)模擬循環回路および急性動物実験による流量特性の評価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ポンプの駆出性能の評価および人工肺の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:抗血栓性と長期耐久性に極めて優れた、新規開発の血液適合化表面処理技術を、その性能を最も生かしうるデバイスに施すことにより、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7頭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。遊離ヘモグロビン、血小板数は軽度の変化にとどまった。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おり、臨床応用の実現に向けた検討を最終段階として施行する予定にある。

Research Products

• [Publications] T.Nishinaka, E.tatsumi, Y.Taenaka, N.Katagiri, H.Ohnishi, et al.: "A Newly Developed Anti-Thrombogenic Coating (TNC) and Application to VAD and An ECMO System"ASAIO Journal. Vol.48,No.2. 170 (2002)
• [Publications] T.Nishinaka, E.tatsumi, Y.Taenaka, N.Katagiri, H.Ohnishi, et al.: "At Least Thirty-Four Days of Animal Continuous Perfusion by a Newly Developed Extracorporeal Membrane Oxgenation System without Systemic Anticoagulants"Artif Organs. Vol.26 No.6. 548-551 (2002)
• [Publications] 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, 他: "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. Vol.14 No.1. 22-24 (2002)
• [Publications] 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, 他: "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"膜型肺. Vol.25. 53-57 (2002)
• [Publications] 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, 他: "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性能に与える影響の評価"膜型肺. Vol.25. 47-52 (2002)