【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】22300161 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

人工臓器工学 / 再生医工学 / 人工血液 / リポソーム / 輸血代替 / 酸素輸液 / 血液代替物 / 臓器灌流 / 再生医療 / 分子集合体 / ヘモレオロジー / 人工赤血球 / ヘモグロビン

【研究成果の概要】

分子集合体である人工赤血球「ヘモグロビン(Hb)小胞体」の特長は、その物性値を自在に調節できることにある。また新たな機能を粒子に付与することも可能である。本研究では、このテイラーメード人工赤血球を対象とし、輸血では対応のできない医療技術に応用させる。そして、人工赤血球を用いるガスバイオエンジニアリングを確立する。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】16300162 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

人工赤血球 / 微小循環動態 / ヘモグロビン / 虚血 / 酸素放出 / ヘモレオロジー / 人工血液 / リポソーム / レオロジー制御 / 輸血代替

【研究成果の概要】

低酸素状態の組織に対し、Hb小胞体(HbV)により効率的に酸素供給するための機序解明が目的である。Hl6年度はハムスターにHbVを投与し、顕微鏡下に細動脈血流を停止させ、血中HbVの酸素放出の特徴を検討した。高酸素親和度(P_<50>=8mmHg, HbV_8)の投与は、低酸素親和度(P_<50>=29mmHg, HbV_<29>)に比較して酸素分圧の低下を僅かに遅延させた。酸素分圧10mmHg以下では、赤血球とHbV_<29>の酸素飽和度は10%以下になるが、HbV_8は60%を維持し、より多くの酸素を保持しながら酸素を徐放した。従って、投与量が僅かでも、低酸素領域では赤血球上回る酸素供給源として作動する。
H17年度は、貧血状態におけるHbVの投与効果を検討した。アルブミン溶液で血液希釈をした後、HbV_8,HbV_<29>を投与した。HbV_8がHbV_<29>よりも組織酸素分圧が高く、血圧、心拍出量も高値を維持し、血流を増大させた。高酸素親和度HbV_8は必要部位にまで酸素を確実に運搬する、また血漿層に均一に分散し、酸素を均等に供給できる利点を有する。また、有茎皮弁モデルでの検討では、高酸素親和度HbV_8(P_<50>=9mmHg)をHES溶液に分散させて高粘度とし、血液交換を行った。HbVは血漿粘度を増大させ、血管壁の勢断応力を生じ、側副経路を経由した血行動態の改善、血管壁透過性充進の抑制、組織酸素分圧の回復、および壊死細胞数の低減が確認された。
血液粘度が虚血性領域の酸素化に重要なので、H18年度はHbVと各種代用血漿剤を組合わせ特徴ある粘弾性挙動を明らかにした。虚血領域の酸素化に重要な因子として酸素親和度の制御のみならず、レオロジー制御の可能性が明らかになった。Hb小胞体の物性値が容易に調節できるので、今後テーラーメード人工赤血球として様々な臨床応用が期待できる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】14,900千円 (直接経費: 14,900千円)

【研究分野】流体工学

【研究領域課題番号】12450079 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

人工血液 / リポソーム / 微小循環 / バイオメカニクス / アルブミン微粒子 / 凝集運動 / 微粒子 / 流動 / 人工血小板 / アルブミン粒子

【研究成果の概要】

血小板輸血は血小板減少症などが原因で起こる出血の治療や予防に対して、即時供給可能な血小板代替物の実現が望まれている.現在わが国では,Liposomc及びAlbumin Micro Spherc(AMS)にrccombinant GPIbα(rGPIbα:血小板膜上の粘着に関わる糖蛋白を遺伝子組換えにより精製したもの)を固層化したものを人工血小板プロトタイプとして作製し,評価・検討することを行っている.そこで本研究では,人工血小板プロトタイプの一つrGPIbα-AMS(早大・武岡ら作製)を用いて,特に,血管が破綻し内皮下組織が露出した場合における人工血小板の粘着現象に着目し,その流体力学的な挙動を観察することを試みた.具体的には,血流中のrGPIbα-AMSの微弱蛍光像を可視化するため,潅流液として赤血球ゴーストを用い,更にHigh Speed Camera, Image Intensifier, Argon-ion Lascr励起を組み合わせることによって,微小粒子の挙動を高時間・空間分解能で観察し評価・検討した.
rGPIbα-AMSはリガンド壁面に特異的に粘着することから,血管破綻時,障害部位に特異的に粘着することが期待される.本研究において,壁面に人工血小板粒子が粘着した場合,その近傍での流れ場に乱れが生じることから,このとき壁面および粒子同士の衝突が促進されているということが予測される.今回用いた,人工血小板プロトタイプはリガンド壁面との粘着機能のみを持たせることを狙って試作されたものであるため,粒子同士の衝突が生じても凝集塊の形成には繋がらない.しかし,実際に臨床で用いる場合には,血小板が全く存在しない病態というのは考えられず,従って,単体では凝集能を持たない人工血小板であっても,その流体力学的な挙動が,残存する血小板との凝集塊形成に積極的に働き,血小板減少症時に止血機能を増強することが期待される.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2001

【配分額】16,600千円 (直接経費: 16,600千円)