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人工臓器部

部の業績
2014年業績

2014年の業績

研究活動の概要

平成26年度も、従来から継続して取り組んできた循環器系人工臓器および周辺技術に関する研究開発を推進した。すなわち、患者を救命し社会復帰せしめるための循環器系治療系医療機器、人工臓器および周辺技術の開発、製品化、臨床応用を目的とした研究活動を行った。医療機器産業ビジョン2013(平成25年6月26日公表)等でわが国の施策として打ち出されている医療機器開発・製品化推進という方針に従って、学会・論文発表等の学術的業績のみにとらわれることなく、トランスレーショナルリサーチの成果を国際競争力のある医療機器として迅速に世の中に出し、製品として臨床現場に届けることに重点を置いた活動に注力した。

具体的には、超小型体内埋込式補助人工心臓(VAD)システムの開発、空気駆動VAD用の携帯型駆動装置の開発、小児用体外設置型拍動流VADシステムの開発、体外設置型連続流VADシステムの開発、次世代型心肺補助(ECMO)システムの開発、コンピュータ技術を用いた人工臓器の研究開発の効率化に関する研究、特性試験・耐久試験のための循環器シミュレータの開発、などについて継続的な研究活動を展開した。

研究開発のフレームとしては、平成24年度までは、当センター橋本総長を主任研究者とする先端医療開発特区設備整備事業(スーパー特区)「先端的循環器系治療機器の開発と臨床応用、製品化に関する横断的・統合的研究」を構成する4つのサブテーマの内の2つのサブテーマである「次世代呼吸循環補助システム」および「高機能体内埋め込み型補助人工心臓」について、分担研究者の巽がサブグループ長として担当し研究開発を加速・推進した。平成25?26年度は、スーパー特区事業におけるNEDOの「基礎研究から臨床研究への橋渡し促進技術開発/次世代型高機能血液ポンプシステムの研究開発」(NEDO橋渡し研究)の代表的成果物である、世界初の動圧浮上方式の高耐久性遠心血液ポンプをコア技術とした「Bridge to Decision目的の簡易左心バイパスシステム」のトランスレーショナル開発研究について、これを中核シーズの1つとする厚生労働省の「早期・探索的臨床試験拠点整備事業」、およびかかる新規機器に対する評価ガイドライン作成を主な研究課題とする「革新的医薬品・医療機器・再生医療製品実用化促進事業」を通じて研究開発を推進した。このうち、平成23年度から始まった峰松副院長を主任研究者とする「早期・探索的臨床試験拠点整備事業」では、採択5課題中で唯一「医療機器」を対象として当センターの提案が採択されており、リスクマネージメントやGLP体制の整備を進め、さらにアカデミアとして我が国初となる研究開発のISO13485取得準備を進めるなどしながら、平成27年度中の臨床治験の実施を目指している。なお、SO13485取得準備については、平成26年度中に体制構築と書類整備、教育訓練等が完了してpreauditを実施し、平成27年度前半にはauditを受け、年度中の認定取得を予定している。また、平成24年度から開始された巽を総括研究代表者とする「革新的医薬品・医療機器・再生医療製品実用化促進事業」では、26年度に「中長期間呼吸/循環補助(ECMO/PCPS)システムの評価ガイドライン」を完成させて厚生労働省およびPMDAに提出すると共に、2番目のガイドラインとなる「体外設置型連続流補助人工心臓システムの評価ガイドライン」の策定を進めた。また、PMDAとの連携による相互人材交流や定期的意見交換会の実施、PMDAによるケーススタディ(26年度昼4回実施)への参加なども行った。一方、平成23年度に終了したNEDO橋渡し研究により開発した、超小型の動圧浮上方式体内埋込み型VADシステムについては、その研究成果を引き継ぐ形で平成22年度から採択された「次世代機能代替治療技術の研究開発/次世代心機能代替治療技術の研究開発/小柄患者用補助人工心臓の有効性及び安全性の評価」が最終年度となり、小児に適用可能な体内埋込み型VADシステムの実証試作開発を完了すると共に、目標とする小児相当体格の動物を用いた長期動物試験(3ヶ月)を達成した。

2014年の主な研究成果

国循型体外設置方式拍動流VADに関して、現行のVADに組み込まれている人工弁の製造中止が決まったため、平成25年度には新規人工弁を組み込んだVADのin vivo評価(3ヶ月の長期動物実験×4例)を行った。平成26年度はPMDAへの薬事相談を企業と共に行い、助言に従って追加試験(ヘパリンノンコートVADの長期動物実験×2例)を実施し、一部変更申請が平成27年2月3日付けで承認された。これにより、臨床現場からVADが姿を消すという事態は回避できることとなった。我々のこのような活動(VADの人工弁生産中止による変更に伴う、緊急の長期in vivo評価だけでも、今回で3回目である)は、決して学術成果とはならず、明らかな業績として評価されることが難しいのが実情である。しかし、臨床現場で重要な役割を担う医療機器を守り続けるために当部しか果たすことが出来ないで重要な使命の一つあると認識している。また、小児用VADシステムに関しては、製造承認が得られている国循型M型VADの改良を進めてこれを完了し、平成25年度は前臨床試験としての長期動物実験評価(3ヶ月×4例)を行った。この研究開発は「早期・探索的臨床試験拠点整備事業」のシーズ研究として認定され、現在PMDAへの薬事相談の準備を行っている。

一方、人工心臓の恒久使用(Destination Therapy: DT)を目的とした単2乾電池サイズの超小型軽量の体内埋込式軸流ポンプ型VADシステムについても、継続して開発を進めた。動圧浮上方式の非接触回転型軸流ポンプである本システムは、世界に類をみない超高耐久性が期待できるものであり、NEDO橋渡し研究のもとで前臨床試験および耐久性試験を完了し、ヒト用モデルの最終化段階に到達している。この研究開発も「早期・探索的臨床試験拠点整備事業」のシーズ研究として認定され、PMDAの事前面談を受けるなどの前臨床最終段階に入り、現在研究開発担当企業から製造販売担当医療機器メーカーへの技術移転の契約交渉が行われている。また、このシステムは、NEDOの「次世代機能代替治療技術の研究開発/小柄患者用補助人工心臓の有効性及び安全性の評価」プロジェクトへと引き継がれ、小児への適用も可能なシステムの改良開発に進展している。さらに、同じ動圧浮上方式として開発を完了した高耐久性ディスポ遠心ポンプ(BIOFLOAT-NCVC)についても、連携企業から近々体外循環用として薬事申請が行われる予定であるが、上述の如く体外設置型連続流補助人工心臓システムとしてBridge to Decision目的の簡易左心バイパスシステムへの展開を進めている段階であり、早期・探索的臨床試験拠点整備事業の中核シーズ研究として平成28年の治験遂行を目指している。

次世代ECMOシステムに関する研究では、当部が開発した革新的人工肺BIOCUBE- NCVCは広く臨床応用され、無ヘパリン長期ECMOの実現によって、従来であれば救命困難であった出血合併症を伴う重症呼吸循環不全患者の救命例が複数の施設から報告されるなど、その画期的な性能により治療体系に革新をもたらしつつある。BIOCUBE-NCVCを用いたECMOシステムは、当センター臨床工学部との共同開発により、急速充填可能なサブシステム導入で緊急使用を可能としたENDUMOシステムとして製品化を達成したが、平成25年度からは、さらに可搬性に優れた集積化装置とするための研究開発を進めてきた。システム移動カートの試作・改良と臨床応用を進め、平成25年度に製品化(ECLSPORTER--NCVC)を達成した。また小型パッケージ化した持ち運び可能な超小型ECMOシステム開発を開始し、平成26年度までに4th Iterationまで試作改良を繰り返し、ほぼ最終試作の段階に達した。酸素ボンベを含めて総重量7kg以下の手荷物サイズのECMOシステムで、スタンドアローンで2?3時間の連続駆動が可能なシステムとなる革新的な機器となるものと期待される。

研究業績

  1. Fujii Y, Shirai M, Inamori S, Takewa Y and Tatsumi E. A novel small animal extracorporeal circulation model for studying pathophysiology of cardiopulmonary bypass. Journal of Artificial Organs. published online, , 2014.
  2. Arakawa M, Nishimura T, Takewa Y, Umeki A, Ando M, Adachi H and Tatsumi E. Alternation of left ventricular load by a continuous-flow left ventricular assist device with a native heart load control system in a chronic heart failure model. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 148, 698-704, 2014.
  3. Saito T, Toda K, Takewa Y, Tsukiya T, Mizuno T, Taenaka Y and Tatsumi E. Alternative approach for right ventricular failure after left ventricular assist device placement in animal model. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. published online, , 2014.
  4. Ohnuma K, Sumikura H, Homma A, Tsukiya T, Mizuno T, Takewa Y and Tatsumi E. Application of a search algorithm using stochastic behaviors to autonomous control of a ventricular assist device. Conference Proceedings of IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine 2014. , 290-293, 2014.
  5. Ohnuma K, Homma A, Sumikura H, Tsukiya T, Takewa Y, Mizuno T, Mukaibayashi H, Kojima K, Katano K, Taenaka Y and Tatsumi E. Development of a flow rate monitoring method for the wearable ventricular assist device driver. Journal of Artificial Organs. published online, , 2014.
  6. Togo K, Takewa Y, Katagiri N, Fujii Y, Kishimoto S, Date K, Miyamoto Y and Tatsumi E. Impact of bypass flow rate and catheter position in veno-venous extracorporeal membrane oxygenation on gas exchange in vivo. Journal of Artificial Organs. published online, , 2014.
  7. Sumikura H, Nakayama Y, Ohnuma K, Takewa Y and Tatsumi E. In Vitro Evaluation of a Novel Autologous Aortic Valve (Biovalve) With a Pulsatile Circulation Circuit. Artificial Organs. 38, 282-289, 2014.
  8. Kishimoto S, Date K, Arakawa M, Takewa Y, Nishimura T, Tsukiya T, Mizuno T, Katagiri N, Kakuta Y, Ogawa D, Nishimura M and Tatsumi E. Influence of a novel electrocardiogram-synchronized rotational-speed-change system of an implantable continuous-flow left ventricular assist device (EVAHEART) on hemolytic performance. Journal of Artificial Organs. 17, 373-377, 2014.
  9. Fujii Y, Shirai M, Inamori S, Takewa Y and Tatsumi E. Investigation of the effects of artificial perfusion using rat extracorporeal circulation model. Conference Proceedings of IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine 2014. , 4483-4486, 2014.
  10. Sawa Y, Tatsumi E, Tsukiya T, Matsuda K, Fukunaga K, Kishida A, Masuzawa T, Matsumiya G, Myoui A, Nishimura M, Nishimura T, Nishinaka T and Okamoto E. Journal of Artificial Organs 2013: the year in review. Journal of Artificial Organs. 17, 1-8, 2014.
  11. Arakawa M, Nishimura T, Takewa Y, Umeki A, Ando M, Kishimoto Y, Fujii Y, Kyo S, Adachi H and Tatsumi E. Novel control system to prevent right ventricular failure induced by rotary blood pump. Journal of Artificial Organs. 17, 135-141, 2014.
  12. Mizuno T, Takewa Y, Sumikura H, Ohnuma K, Moriwaki T, Yamanami M, Oie T, Tatsumi E, Uechi M and Nakayama Y. Preparation of an autologous heart valve with a stent (stent-biovalve) using the stent eversion method. Journal of Biomedical Materials Research Part B-Applied Biomaterials. 102, 1038-1045, 2014.
  13. Horiguchi H, Tsukiya T, Nomoto T, Takemika T and Tsujimoto Y. Study on development of two-stage centrifugal blood pump for cardiopulmonary support system. International Journal of Fluid Machinery and Systems. 7, 142-150, 2014.
  14. 片桐 伸将, 巽 英介, 武輪 能明, 水野 敏秀, 築谷 朋典, 熱田 祐一, 加藤 能久, 妙中 義之. Long-term evaluation of a durable and thrombo-resistant ECMO system consisting of BIOCUBE6000 and SOFTLINE coated ROTAFLOW. 人工臓器. 43, 41, 2014.
  15. 住倉 博仁, 本間 章彦, 大沼 健太郎, 妙中 義之, 武輪 能明, 梅木 昭秀, 水野 敏秀, 築谷 朋典, 片桐 伸将, 藤井 豊, 角田 幸秀, 向林 宏, 片野 一夫, 福井 康裕, 巽 英介. ウェアラブル式空気圧駆動装置の全置換型人工心臓システムへの応用の基礎的検討. 電気学会論文誌C (IEEJ Trans. EIS). 134, 839-847, 2014.
  16. 三田 満男, 本間 章彦, 三田 豊, 西中 知博, 住倉 博仁, 大沼 健太郎, 巽 英介, 妙中 義之, 舟久保 昭夫, 福井 康裕. マハラノビス距離を用いた補助人工心臓の解剖学的適合性に関する研究. ライフサポート. 26, 57-63, 2014.
  17. 築谷 朋典. 遠心型ポンプと軸流型ポンプ. 人工臓器. 43, 61-65, 2014.
  18. 長真 啓, 増澤 徹, 大森 直樹, 巽 英介. 小児用人工心臓のための小型5軸制御セルフベアリングモータ. 日本AEM学会誌. 22, 96-101, 2014.
  19. 水野 敏秀. 人工心臓(基礎). 人工臓器. 43, 154-156, 2014.
  20. 武輪 能明, 中山 泰秀, 岸本 諭, 熱田 祐一, 伊達 数馬, 神田 圭一, 広風 らでぃ, 妙中 義之, 巽 英介. 組織工学的に皮下で作製した自家組織由来心臓弁(Biovalve)の開発. 日本心臓血管外科学会雑誌. 43, 15-18, 2014.
  21. 住倉 博仁, 大沼 健太郎, 本間 章彦, 妙中 義之, 武輪 能明, 築谷 朋典, 水野 敏秀, 向林 宏, 小嶋 孝一, 巽 英介. 耐久性試験装置(ラボハートNCVC)の開発とその応用例. 循環器病研究の進歩. 35, 52-59, 2014.
  22. 巽 英介. ECMOデバイスの現状と将来. 救急・集中治療. 26, 1579-1586, 2014.

最終更新日:2021年10月01日

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