Development of a Novel Pericardium Regenerative sheet for Prevention of Postoperative Pericardial Adhesions

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K15630
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 成田 裕司 名古屋大学, 医学部附属病院, 講師 (60378221)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 荏原 充宏 国立研究開発法人物質・材料研究機構, MANA-ナノライフ分野, 准主任研究者 (10452393) ; 蟹江 慧 名古屋大学, 創薬科学研究科, 助教 (80636407)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 癒着防止 / 心膜再生 / 心臓手術後 / 拡張障害 / 中皮細胞 / ペプチド / ポリカプロラクトン / ポリ乳酸

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、心臓手術後の癒着の軽減することで、収縮性心膜炎などの合併症を抑制したり、再手術時の癒着剥離に伴う心臓損傷を防止するために、心臓外科手術治療（心膜切開）時に用いる、新たな心膜再生型癒着防止シートの創出を試みる研究である。そのコンセプトは、物理的な遮蔽膜というだけでなく、中皮細胞層を再生することによって、癒着防止を図るものである。本年度は、①P-(CL-DLLA)シートを、「架橋フィルム法」と「エレクトロスピニング法」で作成し、ペプチド付与法の検討をin vitroで評価した。②P-(CL-DLLA)シートのウサギ心膜癒着モデルへの移植後の比較・評価を行った。
結果を下記に示す。
①外科治療に（ハンドリングや縫合に）適したテクスチャー（弾性や強度）を持つ、生体吸収性材料のポリカプロラクトン：ラクチド（60:40, P-(CL/DLLA)）シートを作製した。ペプチドの付与はsulfo-SANPAを用いた方法に加え、新たにDOPAを用いて修飾した。さらに、エレクトロスピニング法で同様のテクスチャーを有するPCLシートを作製した。エレクトロスピニング法であれば、紡糸前にペプチド(KLMVALAKG)を混和することで、より簡便にペプチドを付与できた。
②ウサギ胸骨縦切開後、心膜を切開、心臓を露出したのち心外膜表面の掻爬およびピシバニールの心膜腔へ注入し、心膜癒着モデルを作成した。そこに(1)何も入れない群、(2)P-(CL-DLLA)シート入れる群、(3)PTFEシートを入れる群の3群で癒着の程度、心エコーによる拡張障害、組織学的変化を評価した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

①DOPA(3,4-dihydroxyphenylalanine)はイガイの接着分子であるが、チロシンキナーゼや銅触媒を利用したバイオマテリアルへのペプチド修飾方法が報告されている。本法を用いて我々の見出した、中皮細胞親和性の高いペプチドをシートに修飾した。
エレクトロスピニング法を用いてPCLを紡糸、柔軟なテクスチャーのシートを作製した。溶媒中にPCLとペプチド(KLMVALAKG)混和したのちに、エレクトロスピニングで紡糸すると、ペプチド入りのシートをより簡便に作製することができ、様々な方法のシートと比較検討できるようになった。
②ウサギ心膜癒着モデルを作製した（心外膜掻爬及び、ピシバニール心膜腔内投与）。このモデル用いて、実験を3群、(1)何も処置しないコントロール群、(2) P-(CL-DLLA)シートを心膜腔に入れる群、(3)ゴアテックスシートを心膜腔に入れる群に分け、２週間後に開胸による癒着程度の評価、心エコーによる拡張障害の評価、組織学的評価をした。癒着スコアから算出されたデータを比較するとP-(CL-DLLA)シートは有意に癒着スコアが低かった(2.4 vs 0.6 vs 4)。心エコーでは術前術後でE/e’を計測したが、どの群も術前より術後が上昇しており、群間に差はなかった。マッソントリクローム染色で群間比較を行うと、P-(CL-DLLA)シート群は、癒着組織と考えられる、細胞外マトリクス成分の増生が最も少なかった。
上述のように研究は計画通り進んでおり、概ね順調に進んでいると判断しているが、シートへのペプチド付与を様々な方法でトライしており、またシートを新たな方法で作製したこともあり、ペプチド付与したシートによる、ウサギ心膜癒着モデルへの投与実験がまだ行われていない。

Strategy for Future Research Activity

①5種類のペプチドでどれを採用するか絞り込みを行う。細胞のアフィニティーの検討以外にも、シートへの相性を検討する。
②DOPA修飾の最適化を行う。
③sulfo-SANPAとDOPA修飾の差異を、中皮細胞の親和性で比較検討する。
④新たに開発したシートのin vitroでの挙動、中皮細胞親和性を検討する。
⑤動物心膜癒着モデルを用いて今回新たに開発したシートに関しても、肉眼的（癒着スコア）あるいは組織学的（細胞外マトリクスの増生状況や炎症性細胞の浸潤程度など）、心エコー所見等の差異を検討する。

Causes of Carryover

シートへのペプチド付与が当初予想したように進めることができず、物品購入費用が予想より支出が少なくなった。しかし、次年度はそれらの検討を重点的に行っていく予定であるので、次年度に繰り越し、使用することにした。