文献情報
文献番号
201308025A
報告書区分
総括
研究課題名
腹腔内視鏡に搭載可能な組織吸引ＭＥＭＳデバイスを用いた低侵襲かつ安全な新規核酸送達法の難治性腎臓・心臓疾患治療への応用
課題番号
H24-医療機器-若手-009
研究年度
平成25(2013)年度
研究代表者(所属機関)
清水 一憲(大阪大学 基礎工学研究科)
研究分担者(所属機関)
- 川上 茂(長崎大学 医歯薬総合研究科)
- 木下 秀之(京都大学 医学部)
研究区分
厚生労働科学研究費補助金 厚生科学基盤研究分野 医療機器開発推進研究
研究開始年度
平成24(2012)年度
研究終了予定年度
平成25(2013)年度
研究費
4,250,000円
研究者交替、所属機関変更
-
研究報告書（概要版）
研究目的
本研究の目的は、吸引圧法を腎・心疾患治療への応用へと展開することである。本年度は、初年度に開発した吸引圧制御システムを用いて、吸引圧法の基本的特性を明らかにした。肝臓に対して、様々な条件で吸引圧法を行い、特に肝障害性について詳細に検討した。さらに吸引デバイスの形状を変えて吸引圧法を行い、吸引圧法では組織変形量が重要であることを明らかにした。また心臓への吸引圧法の最適化を進めた。圧力波形や最少到達圧力の違いによる、核酸導入量の違いを調べた。さらに心疾患モデルマウスの心臓に対して、吸引圧法が適用可能であることを明らかにした。
研究方法
吸引デバイスは三次元プリンターを用いて作製した型を鋳型として、ポリジメチルシロキサン（PDMS）を成型することで作製した。三次元プリンターで作製した型は、PDMSを硬化させるため、その表面に厚さ10 µmのパリレンを蒸着した後に使用した。
肝臓への吸引圧法は次のように行った。マウスに麻酔を行い、開腹し、肝臓を必要最小限露出させた。尾静脈からルシフェラーゼを発現するプラスミドDNAを100 µg含む生理食塩水を200 µl投与し、その直後に、肝臓の標的とする部位に軽くデバイスを接触させ、吸引圧制御システムを作動させた。ただちに閉腹し、6時間経過後、マウスを安楽死させて肝臓を取り出し、標的部位中のルシフェラーゼの発現量をルミノメーターで測定した。
心臓への吸引圧法は次のように行った。麻酔を施したマウスの呼吸を人工呼吸器で管理し、左第4番肋骨と第5番肋骨の間から開胸した。200 µlのプラスミドDNA溶液を尾静脈から投与し、直後に、吸引デバイスを標的部位に接触させ、圧力制御システムを作動させた。
肝臓への吸引圧法は次のように行った。マウスに麻酔を行い、開腹し、肝臓を必要最小限露出させた。尾静脈からルシフェラーゼを発現するプラスミドDNAを100 µg含む生理食塩水を200 µl投与し、その直後に、肝臓の標的とする部位に軽くデバイスを接触させ、吸引圧制御システムを作動させた。ただちに閉腹し、6時間経過後、マウスを安楽死させて肝臓を取り出し、標的部位中のルシフェラーゼの発現量をルミノメーターで測定した。
心臓への吸引圧法は次のように行った。麻酔を施したマウスの呼吸を人工呼吸器で管理し、左第4番肋骨と第5番肋骨の間から開胸した。200 µlのプラスミドDNA溶液を尾静脈から投与し、直後に、吸引デバイスを標的部位に接触させ、圧力制御システムを作動させた。
結果と考察
本研究では、初年度に完成させた吸引圧制御システムを用いて、肝臓への吸引圧法を行い、吸引圧法の基礎的な特性を明らかにした。初年度に、最少到達圧力が-5 kPaで十分な導入核酸発現量が得られることが明らかになっていたことから、本年度は同条件での肝障害性に対する検討も進め、-5 kPaでの肝組織吸引は深刻な肝障害性を与えないことをALT値、AST値の測定から明らかにした。また複数の吸引口を持つデバイスを製作し、同様に肝障害性を調べたが、いずれも-5 kPaの最小到達圧力において、深刻な肝障害性を与えなかった。このことから、肝臓への吸引圧法は基本的に安全な手法であると考えられる。
最少到達圧力が導入核酸発現量の違いを生む大きな原因であることは明らかになったが、これが何に起因するのか、明らかになっていなかった。我々は、最少到達圧力が異なると、組織変形量が違うことに注目し実験を進めた。吸引口の面積は同じであるが、吸引口の数が異なるデバイスを作製して、それらを用いて同じ最少到達圧力で吸引圧法を行った。その結果、発現量の変化と組織変形量の変化に相関があることが明らかになった。このように我々は、吸引圧法において、組織変形が重要な因子であることを初めて示した。
またデバイスの硬さや形状を変化させることで、対象臓器に対して最適な吸引デバイスを開発可能なことを明らかにした。本研究では、2種の硬さの違うデバイスを用いたが、さらに硬さの違うデバイスを用いることで、それぞれの臓器に対して最適な硬さのデバイスを開発することができると考えられる。
さらに本研究では、心臓への吸引圧法の最適化ならびに心疾患モデルマウスの治療への展開を進めた。心筋梗塞モデルの心臓への吸引圧法では、梗塞部位を中心に吸引したが、健常マウスの心臓への吸引圧法と同レベルの核酸導入量が得られ、疾患治療応用への可能性が見いだされた。
心臓への吸引圧法の際の臓器特異性を調べたところ、肺でわずかにルシフェラーゼ発現が確認された。左肺での発現量が右肺よりも大きいことから、心臓への吸引圧法を行う際に、意図せず、左肺を変形させてしまっていることが、非特異的な発現の原因であると考えられる。今後、心疾患の治療を考えた際は、心臓特異的に核酸導入するために手技の改良が必要である可能性がある。一方で、これまでに肺に吸引圧法が適用可能であることは報告されておらず、本研究により、吸引圧法の新たな適用可能臓器が見いだされた。
最少到達圧力が導入核酸発現量の違いを生む大きな原因であることは明らかになったが、これが何に起因するのか、明らかになっていなかった。我々は、最少到達圧力が異なると、組織変形量が違うことに注目し実験を進めた。吸引口の面積は同じであるが、吸引口の数が異なるデバイスを作製して、それらを用いて同じ最少到達圧力で吸引圧法を行った。その結果、発現量の変化と組織変形量の変化に相関があることが明らかになった。このように我々は、吸引圧法において、組織変形が重要な因子であることを初めて示した。
またデバイスの硬さや形状を変化させることで、対象臓器に対して最適な吸引デバイスを開発可能なことを明らかにした。本研究では、2種の硬さの違うデバイスを用いたが、さらに硬さの違うデバイスを用いることで、それぞれの臓器に対して最適な硬さのデバイスを開発することができると考えられる。
さらに本研究では、心臓への吸引圧法の最適化ならびに心疾患モデルマウスの治療への展開を進めた。心筋梗塞モデルの心臓への吸引圧法では、梗塞部位を中心に吸引したが、健常マウスの心臓への吸引圧法と同レベルの核酸導入量が得られ、疾患治療応用への可能性が見いだされた。
心臓への吸引圧法の際の臓器特異性を調べたところ、肺でわずかにルシフェラーゼ発現が確認された。左肺での発現量が右肺よりも大きいことから、心臓への吸引圧法を行う際に、意図せず、左肺を変形させてしまっていることが、非特異的な発現の原因であると考えられる。今後、心疾患の治療を考えた際は、心臓特異的に核酸導入するために手技の改良が必要である可能性がある。一方で、これまでに肺に吸引圧法が適用可能であることは報告されておらず、本研究により、吸引圧法の新たな適用可能臓器が見いだされた。
結論
本年度は、マウス肝臓を対象に吸引圧法を行い、吸引圧法の特性を明らかにした。また吸引圧法の安全性を肝臓を対象に調べ、最適条件での吸引圧法は肝組織に深刻な障害を与えないことを明らかにした。また吸引圧法では組織変形が重要因子であることを明らかにした。心臓への吸引圧法の最適化も進め、発現量を最大とする最少到達圧力を見出した（-75 kPa）。さらに心筋梗塞モデルマウルの心臓に対しても吸引圧法が適用可能であることを見出した。
公開日・更新日
公開日
2017-06-29
更新日
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