新規血液適合化技術を用いた抗凝療法不要の次世代型心肺補助装置の開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13470247
• Research Institution: National Cardiovascular Center Research Institute
• Principal Investigator: 高野 久輝 国立循環器病センター研究所, 副所長 (60028595)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 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)
• 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、基材を選ばずに簡便、低コストにてコーティング加工が可能であ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。臨床使用例においては短時間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。長時間使用例においても安定したガス交換と抗血栓性の維持を確認しえた。

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)
• [Publications] 巽 英介: "未来型人工肺開発の現況と展望"膜型肺. Vol.26. 52-58 (2003)