人工臓器研究グループ

人工臓器研究グループ当グループでは、安全・安心な治療を行うための人工臓器および関連する先進医療機器・診断機器の創出を行い、学術を重視した最先端研究から臨床に向けた製品化研究までを各職員が分担し、早期の実用化を目指します。

研究紹介

血液ポンプの数値流体力学解析による血液適合性評価 (西田正浩)

数値流体力学解析、および動物血を用いた溶血(血球破壊)試験や抗血栓(血液凝固)試験など、体外循環用の遠心血液ポンプを開発する上で必須となる種々評価試験法を確立し、その評価結果が生体で再現することを確認した。そして、これら評価試験結果を元に、遠心血液ポンプの迅速かつ高い信頼性のある最適流体設計を実現した。
数値流体力学解析、血液適合性評価・性能評価による血液ポンプの開発

安心・安全技術を備えた長期使用可能な人工心臓の開発 (小阪 亮)

1.動圧軸受を備えた人工心臓の開発
 人工心臓の長期耐久性と優れた血液適合性を実現するため、非接触軸受である動圧軸受を備えた人工心臓を開発した。動圧軸受とは、狭くなる流路に作動流体を押し込むことで生じる局所圧を利用した技術で、本研究では数値流体解析を用いることで、血液の凝固や血球破壊が生じにくい人工心臓に特化した動圧軸受の形状を実現し、動物実験などの血液適合性評価試験で有効性を確認した。
2.超小型血圧・血流量計の開発
 人工心臓装着患者の循環動態を計測するため、人工心臓出口の直管をプローブとした超小型血圧・血流量計の開発した。本血圧・血流量計は、2ヶ所の異なる肉厚の薄肉部を設け、歪ゲージで計測された薄肉部の歪から血圧と血流量を計測する。センサ素子が接液しないため、長期安定かつ高精度の計測が実現可能である。
3.医療応用・産業応用
 開発技術は人工心臓だけでなく、他の医療機器や産業機器への応用を目指している。
体外循環ポンプの最適流体設計

インテリジェント人工心臓の実現に向けた光センサ技術 (迫田 大輔)

研究①:人工心臓用血液ポンプ内の血液凝固を可視~近赤外光でリアルタイムにイメージングする技術を開発した。この技術により、人工心臓等の循環器系デバイスの抗血栓性(血栓のできにくさ)を定量的に評価でき、新製品の開発を効率良く行うことができる。
研究②:研究①の実用化として「市販遠心ポンプ用の血液凝固光センサ」を開発した。
前臨床試験において、極早期の血栓検出、その後の血栓の成長を定量的にセンシングできるこことを示した。血栓がいつ、どのくらいできているのかをリアルタイムにモニタリングすることができ、その結果に基づいて最適な抗凝固療法を行うことができる。
研究③:研究①を細胞レベルの観察まで可能にした技術で、血液ポンプ内の血球細胞流動を細胞レベルで制御し、研究破壊を能動的に防げる人工心臓の開発に貢献できる。
研究内容

内視鏡手術手技トレーニングシステムの研究開発 (山下 樹里)

  • 3次元印刷による手術操作可能な精密患者モデル(産総研ベンチャーを起業して製品化、外科系学会ハンズオンに供給)
  • 仮想の「鏡」インタフェースを持つ遠隔手術手技指導システム
  • 患者モデルの開発過程・評価方法の標準化: 産総研コンソーシアム「医療用立体モデルコンソーシアム」設立、運営
研究内容

押し当て力の測定が可能な超音波プローブの開発 (永田可彦)

生体組織の超音波画像測定においてプローブを押し当てる力が変わると組織が変形する。近年盛んになってきている健康維持を目的とした筋力トレーニングなどでは、時系列的な筋量変化を観察する必要があり、組織変形量を一定状態に保ったままで筋厚などを測定する必要がある。そこで超音波画像測定時に押し当て力も同時に測定できる超音波プローブを開発した(写真)。
超音波画像測定時に押し当て力も同時に測定できる超音波プローブ
図1は上腕前部の超音波画像と組織変化である。超音波プローブを押し当てる力が大きくなるほど、組織の変形率が大きくなっていることが分かる。超音波プローブ操作者が押し当て力を一定に保ちながら超音波画像測定を行うことで、時系列で比較できる筋量に関する超音波画像を取得できる。
また上記ヘルスケア分野のみならず、押し当てることによる変形は生体組織の密度、硬さ、組織境界の影響を受けているため、腫瘍や組織の線維化があると正常組織と異なる反応を示す。そのため医療分野への応用も可能である。
図1 上腕前部の超音波画像と組織変化

放射線生物学・生体医工学 (三澤雅樹)

  • (Pyroptosis)関連のシグナル伝達経路利用
  • 放射線治療での腫瘍免疫応答(In situ Vaccination)の利用可能性を追求
  • 放射線照射でがん組織損傷+放射線腫瘍免疫誘導による次世代型放射線治療を提案
研究内容
  • 放射線誘導細胞障害性分子パターン(DAMPs)、X線照射下の金ナノ粒子による活性酸素の細胞ストレスに関連する損傷分子パターンの細胞内センサーNLRP3インフラマソームを標的。
  • DAMPsを分子量で分級し、金ナノ粒子に担持させて、NLRP3インフラマソーム産生の制御下に、放射線腫瘍免疫を誘導する新しい試み。
  • 事前の超音波照射で腫瘍浸透性亢進。

メンバーと主な担当課題

研究成果
氏 名    役 職

主な研究テーマ

P

G.S.

カタログ

西田 正浩  研究グループ長

遠心血液ポンプの血流解析

補助人工心臓の耐久性試験

P

G.S.

カタログ

永田 可彦  主任研究員

押し当て力の測定が可能な超音波プローブの開発

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カタログ

三澤 雅樹  主任研究員

放射線生物学

生体医工学

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G.S.

カタログ

山下 樹里  主任研究員

個人Webページ

ResearchGate

産総研コンソーシアム「医療用立体モデルコンソーシアム」 SurgTrainer

内視鏡手術手技トレーニングシステムの研究開発

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G.S.

カタログ

小阪 亮   主任研究員

個人Webページ

動圧軸受を備えた人工心臓の開発

超小型血圧・血流量計の開発

P

G.S.

カタログ

健康
工学

迫田 大輔  主任研究員

循環器系デバイス(血液ポンプ,人工肺,透析器,etc)の開発およびその評価

<研究成果の凡例>

G.S.

Google Scholar:

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