人工臓器部
研究活動の概要

　人工臓器部では、循環器系人工臓器に関する研究開発、臨床使用上の諸課題の解決に向けた各種研究開発および研究開発促進のためのシステム構築を推進している。患者を救命し社会復帰を実現するための循環器系治療のための医療機器、とくに補助人工心臓や心肺補助装置であるECMO (Extracorporeal Membrane Oxygenation)などの開発・製品化・臨床応用を中心として活動を行っている。実用化を重視し、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ている。また、人工臓器を用いた治療に対する生体反応とその制御法、様々な領域への人工臓器応用法の研究を行っている。

　主な研究開発としては、

  1. 体外設置型連続流補助人工心臓システムの研究開発および臨床応用
  2. 次世代型ECMOシステム研究開発およびその制御法の開発
  3. ECMOシステムによる新型コロナ感染症等の重症呼吸不全に対する治療法の研究開発
  4. 重症心不全患者の救命と社会復帰に貢献する植込み型補助人工心臓とその制御法の開発
  5. 低侵襲補助人工心臓植込みを可能とする次世代型送脱血一体型カニューレ型補助人工心臓の開発
  6. 非接触回転式遠心型血液ポンプを用いた小児植込み型補助人工心臓の開発
  7. 小児用空気圧駆動式拍動流体外設置型補助人工心臓の開発
  8. 連続流補助人工心臓治療における心室間相互作用に関する検討
  9. 連続流補助人工心臓治療における末梢循環に関する検討
  10. 2D Speckle tracking法を用いた左室補助人工心臓装着後心機能評価法の開発
  11. 胎盤型ECMOシステムを用いた新生児呼吸循環障害の革新的管理法の研究
  12. マージナルおよび心停止後心臓ドナーからの心臓移植のためのドナー心臓循環保護システムの開発
  13. 血小板・血管内皮機能から見た補助人工心臓装着後の後天性von Willebrand病の病態解明に関する研究
  14. 動物種間における血液凝固特性の違いについての研究
  15. 補助人工心臓ドライブライン感染症抑止に関する研究開発（補助人工心臓装着患者におけるドライブライン感染症防止を目的とするスキンボタンシステムの開発）
  16. 心不全に対する補助人工心臓によるリバースリモデリングを抑止と障害心筋を治療する再生医療を組み合わせたハイブリット治療の開発
  17. 大型動物を用いた血行動態評価試験および人工血管の生体適合性評価に関する慢性動物試験による研究
  18. 補助循環装置専用の補助循環システムの長期動物試験の解析と中長期使用可能な心肺補助システムの研究

　といったテーマについて研究開発を推進している。

2020年の主な研究成果

　人工臓器部において開発を行った動圧浮上式非接触回転型連続流ポンプである高耐久性ディスポ遠心ポンプ（BIOFLOAT-NCVC）について、連携企業から体外循環用として薬事申請が行われ、2016年には製造販売承認を取得しているが、これをコアパーツとして用いた「BTD目的の体外設置型連続流補助人工心臓システム」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、PMDA相談下で非臨床試験評価を人工臓器部において安全性試験や耐久性試験、長期in vivo超長期間試験（承認申請標榜使用期間30日に対して最長90日までのin vivo評価）を完了し、引き続きPMDAの治験相談を経て、当センターでの単施設医師主導治験「体外設置型連続流補助人工心臓システム「BR16010」を用いた重症心不全患者に対する補助循環法の安全性及び有効性に関する単施設単一群治験（NCVC-BTD_01）」として臨床治験を施行し、治験予定9症例全例を極めて良好な成績で完了している。その結果を非臨床試験成績とともに企業に導出し、製造承認申請についてその申請手続きおよび承認審査に対する対応を2020年度は行った。審査が2021年度には完了する見込みであり、臨床使用開始のための国内のサポート体制整備、システムとして臨床使用を開始する整備計画、保険償還取得のための準備を継続中である。同時に、従来のシステムには実用化されていなかった連続流式補助人工心臓用送脱血管などの臨床応用のための開発を施行中で、実用化目前まで至っている。

　次世代ECMOシステムに関する研究では、当部が開発した長期耐久性と抗血栓性に優れた革新的膜型人工肺BIOCUBEと上記のBIOFLOAT-NCVC遠心ポンプを組み合わせ、さらに管理に必要なセンサーをすべて含む形で小型パッケージ化した持ち運び可能な高機能超小型ECMOシステムの開発を進め、最終臨床仕様システムを完成させた。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1～2時間の連続駆動が可能な革新的システムである。この開発は、AMED早期探索的・国際水準臨床研究事業「救急使用〜安全な長期使用が可能な世界最小・最軽量・最高性能の次世代型心肺補助システムの開発・臨床応用と製品化・世界展開」および、臨床治験の計画も組込んだAMEDの補助事業である「医工連携事業化推進事業」における「世界最小最軽量の高機能次世代型心肺補助システムの開発・事業化」のもとに行われた。開発目標装置の最終形完成に加えてPMDA相談も進め、慢性動物実験評価も含めた非臨床試験を進めるとともに、医師主導治験の開始のための当センター内での体制整備（人工臓器部、移植医療部、臨床試験推進センター、データサイエンス部、心臓血管外科、小児心臓血管外科）と治験準備を進め、長期動物試験に関しては、PMDAとの相談の下で、機器使用の標榜期間である2週間の2倍の期間に当たる4週間の長期試験をGLP準拠体制下で完了している。これらの成果から2020年より医師主導臨床研究を開始するに至った。病院移植医療部、大阪大学、関西医科大学総合医療センターと連携の上で現在までに治験遂行を継続中である。本研究は急性循環不全、呼吸不全症例を対象としているが、急性呼吸不全症例の中には新型コロナ感染症に伴う重症肺炎症例を含んでいる。

　2020年および2021年には政府から非常事態宣言が出されるなど新型コロナ感染症が国内はもとより世界的に重大な問題になっているが、人工臓器部において開発した、長期耐久性と抗血栓性に優れたECMOシステムによってこの国難に対応すべく、東京および大阪の新型コロナ感染症のECMO治療の基幹施設合計10施設と連携してこの優れたシステムによって重症呼吸不全患者の救命と医療システムの維持に貢献すべくECMOの新型コロナ感染症による重症呼吸不全症例の救命に関する臨床研究を提案し、AMED補助事業ウィルス等感染症対策技術開発事業新型コロナウイルス肺炎に対する高性能新規ECMOシステムの有効性・安全性に関する臨床研究として採択された。新型コロナ感染症による感染のピークが2020年から2021年にかけての発生することに備えて臨床研究を準備し、2020年11月より臨床研究を開始している。重症新型コロナウイルス肺炎症例の救命と新型コロナウイルス感染症病態解明に向けた臨床研究を施行している。これらのECMOに関する研究は、医学的、社会的に極めて有意義な研究となっており、社会的にも大きな注目を集めている。

研究業績
  1. Seguchi O, Fujita T, Kitahata N, Iwasaki K, Kuroda K, Nakajima S, Watanabe T, Yanase M, Fukushima S, Tsukiya T, Katagiri N, Mizuno T, Takewa Y, Hamasaki T, Onda K, Hayashi T, Yamamoto H, Tatsumi E, Kobayashi J, Fukushima N. A Novel Extracorporeal Continuous-Flow Ventricular Assist System for Patients With Advanced Heart Failure - Initial Clinical Experience -. Circulation Journal. 84, 1090-1096, 2020.
  2. Akiyama D, Katagiri N, Mizuno T, Tsukiya T, Takewa Y, Tatsumi E. Preclinical biocompatibility study of ultra-compact durable ECMO system in chronic animal experiments for 2 weeks. Journal of Artificial Organs. 23, 335-341, 2020.
  3. Nakayama Y, Furukoshi M, Tatsumi E. Shape memory of in-body tissue-engineered Biotube® vascular grafts and the preliminary evaluation in animal implantation experiments. The Journal of Cardiovascular Surgery. 61, 208-213, 2020.
  4. Fujii Y, Tatsumi E, Nakamura F, Oite T. PaO2 greater than 300 mmHg promotes an inflammatory response during extracorporeal circulation in a rat extracorporeal membrane oxygenation model. Journal of Thoracic Disease. 12, 749-757, 2020.
  5. Furukoshi M, Tatsumi E, Nakayama Y. Application of in-body tissue architecture–induced Biotube vascular grafts for vascular access: Proof of concept in a beagle dog model. The Journal of Vascular Access. 21, 314-321, 2020.
  6. Sawa Y, Matsumiya G, Miyagawa S, Tatsumi E, Abe T, Fukunaga K, Ichiba S, Taguchi T, Kokubo K, Masuzawa T, Myoui A, Nishimura M, Nishimura T, Nishinaka T, Okamoto E, Tokunaga S, Tomo T, Tsukiya T, Yagi Y, Yamaoka T. Journal of Artificial Organs 2019: the year in review : Journal of Artificial Organs Editorial Committee. Journal of Artificial Organs. 23, 1-5, 2020.
  7. 築谷 朋典. 心不全治療に用いられるターボ型ポンプ. 日本フルードパワーシステム学会. 51, 98-100, 2020.
  8. 西中 知博. 長期使用可能なECMOシステムの開発. 日本外科学会雑誌. 121, 600-605, 2020.
  9. 西中 知博, 片桐 伸将, 築谷 朋典, 水野 敏秀, 巽 英介. 国立循環器病研究センター研究所人工臓器部におけるECMO システム開発. 循環器病研究の進歩. 41, 75-81, 2020.
  10. 稲富 絢子, 島村 淳一, 水野 敏秀, 武輪 能明, 築谷 朋典, 西中 知博. 左室補助人工心臓（LVAD）装着時の2D Speckle tracking法による左右心室機能評価に関する動物実験による基礎的検討. 人工臓器. 49, 28, 2020.
  11. 岸本 諭, 武輪 能明, 築谷 朋典, 水野 敏秀, 伊達 数馬, 住倉 博仁, 藤井 豊, 大沼 健太郎, 東郷 好美, 片桐 伸将, 内藤 敬嗣, 岸本 祐一郎, 西村 元延, 巽 英介. Novel temporary left ventricular assist system with hydrodynamically levitated bearing pump for bridge to decision: initial preclinical assessment in a goat model. 人工臓器. 49, 13-14, 2020.
  12. 内藤 敬嗣, 武輪 能明, 岸本 諭, 飯塚 慶, 水野 敏秀, 築谷 朋典, 小野 稔, 巽 英介. Preclinical animal study of the NIPRO-ventricular assist device for use in pediatric patients. 人工臓器. 49, 15-16, 2020.
  13. 島村 淳一. 補助人工心臓治療における末梢循環解析　－Laser Speckle Flowgraphyによる網膜血流評価. 人工臓器. 49, 25-26, 2020.
  14. 荒居 誠一, 住倉 博仁, 大沼 健太郎, 太田 圭, 築谷 朋典, 水野 敏秀, 武輪 能明, 巽 英介, 福井 康裕, 本間 章彦. 腎血流補助用カテーテル式血液ポンプの多目的最適化－目的関数に関する検討－. 人工臓器. 49, 32, 2020.