急性脳梗塞治療加速のための薬物超音波併用次世代普及型低侵襲システムの開発

文献情報

• 文献番号: 201408006A
• 報告書区分: 総括
• 研究課題名: 急性脳梗塞治療加速のための薬物超音波併用次世代普及型低侵襲システムの開発
• 課題番号: H24-医療機器-一般-006
• 研究年度: 平成26(2014)年度
• 研究代表者(所属機関): 井口 保之(東京慈恵会医科大学 内科学講座神経内科)

研究分担者(所属機関)

• 峰松　一夫(国立循環器病研究センター　病院)
• 山本　晴子(国立循環器病研究センター　研究開発基盤センター)
• 古賀　政利(国立循環器病研究センター　病院脳卒中集中治療科)
• 小川　武希(東京慈恵会医科大学　救急医学部)
• 横山　昌幸(東京慈恵会医科大学　医用エンジニアリング研究部)
• 福田　隆浩(東京慈恵会医科大学　神経病理学講座)
• 三村　秀毅(東京慈恵会医科大学　内科学講座神経内科)
• 丸山　一雄(帝京大学　薬学部)
• 幸　敏志(田辺三菱製薬株式会社　研究本部)
• 川島　裕幸(株式会社カネカ　開発本部)

• 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 【補助金】 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26(2014)年度
• 研究費: 27,930,000円
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

超急性期脳梗塞に対して強く勧められる治療法として広く行われているのがrt-PA静注療法である。この療法により、予後は一定の改善を示すが、さらに高い改善効果が強く望まれている。このrt-PAの血栓溶解作用をさらに高める方法の一つが、超音波血栓溶解促進療法である。この療法は、超音波照射によって，主にrt-PA分子のフィブリン網目への浸透が促進することで血栓溶解を促進する。この療法において最重要なことは、有効で安全な超音波照射である。当然、その浸透促進作用は超音波強度が大きければその作用は強くなるが、強い超音波照射による生体への障害が懸念されることとなる。
　これまでに、超音波血栓溶解促進療法の臨床試験は数件実施されたが、未だ認可に到った例は無い。本研究はこのrt-PA静注療法の有効性と安全性を飛躍的に高めるための新規超音波照射併用療法を開発する。この開発は、中周波数超音波照射、定在波抑制、貼付型超音波振動子、バブルリポソームの技術を組み合わせることで、より効果が高く安全な線溶療法を確立する。さらに、臨床のヒストリカルデータを精密に収集･解析することで、より少人数・短期間の臨床試験を可能とする。平成２６年度は、ラットを用いた超音波照射安全性評価、ヒト頭蓋骨超音波透過率測定、変調による超音波透過率変動の抑制に重点を置いて研究を行った。

研究方法

１，超音波の効果と安全性評価
ラット中脳大動脈塞栓モデルを9.4T動物用MRI装置によって、塞栓状態を観察して、一定時間塞栓した後に再開通を施す。このモデルを後述の超音波照射安全性評価に用いた。超音波の頭蓋骨透過性はAIMS装置で超音波振動子とハイドロフォンを移動させて測定した。
２，貼付型超音波振動子開発
これまでに作製した超音波振動子を用いて、ブタ全血での血栓溶解促進作用をin vitroで計測した。血栓をキュベット中でrt-PA添加、超音波照射をしてから、残った血栓を溶解させて吸光度によって量を測定した。
３，臨床研究プロトコル
ヒストリカルデータ解析は、国立循環器病研究センター倫理委員会の承認を受けた。解析対象は 2005 年 10 月から 2013 年 4 月までにrt-PA静注療法を施行した 384 例である。前向きに収集したデータベースを用いて，後ろ向きに検討した。
４，バブルリポソームによる更なる血栓溶解促進
DiO標識RGD-バブルリポソームの凍結乾燥製剤を復水処理後、HUVEC細胞との結合性を、４℃、15分間接触させてフローサイトメトリーで評価した。また、復水後の粒子径とパーフルオロプロパン(C3F8)ガスの含有量をそれぞれ、動的光散乱装置とガスクロマトグラフで測定した。

結果と考察

１，超音波の効果と安全性評価
従来は一つの脳梗塞モデルとされてきたラット中大脳動脈塞栓法が、完全塞栓と不完全塞栓の場合に分けられることが、9.4T MRI測定により明らかとなった。
超音波頭蓋骨透過率測定においては、前年度に実証した骨ファントムプレートと同様にヒト頭蓋骨の場合にも、超音波透過率に大きな変動があることを明らかにし、その変動が超音波変調により抑制できることを実証した。
２，貼付型超音波振動子
インピーダンスマッチング法を用いることで、必要な発信性能の振動子を得ることができた。作製した超音波照射システムを用いてin vitroにて0.5 W / cm2超音波照射群において有意な血栓溶解加速効果を確認した。またin vivoでのラットを用いた超音波照射安全性評価法を確立し、最大強度2.8 W/cm2照射まで、著明な障害性を観察しなかった。
３，臨床研究プロトコル
急性期虚血性脳卒中に対するrt-PA静注療法を施行した３８４例のヒストリカルデータについて、早期再開通率，症候性頭蓋内出血発生率と3ヵ月後転帰等を解析した。このデータに基づいて、治験プロトコル案を作製した。この案に基づいて新規超音波血栓溶解装置の臨床治験が計画される予定である。
４，バブルリポソームによる更なる血栓溶解促進
目的とした血栓に対する特異リガンドを結合したバブルリポソームが作製されて、凍結乾燥も施された。凍結乾燥しても含有C3F8ガス量、粒径共に変化せずに安定であることが判明した。

結論

臨床試験を開始するための技術的・臨床的な基盤を確立することを目指した平成２６年度はほぼ計画通りに研究が進行した。今後はこの確立した基盤に沿って臨床試験開始に向かって進んでゆく。

公開日・更新日

• 公開日: 2015-06-12
• 更新日: -

文献情報

• 文献番号: 201408006B
• 報告書区分: 総合
• 研究課題名: 急性脳梗塞治療加速のための薬物超音波併用次世代普及型低侵襲システムの開発
• 課題番号: H24-医療機器-一般-006
• 研究年度: 平成26(2014)年度
• 研究代表者(所属機関): 井口 保之(東京慈恵会医科大学 内科学講座神経内科)

研究分担者(所属機関)

• 峰松　一夫(国立循環器病研究センター　病院)
• 山本　晴子(国立循環器病研究センター　研究開発基盤センター)
• 古賀　政利(国立循環器病研究センター　病院脳卒中集中治療科)
• 小川　武希(東京慈恵会医科大学　救急医学部)
• 横山　昌幸(東京慈恵会医科大学　医用エンジニアリング研究部)
• 福田　隆浩(東京慈恵会医科大学　神経病理学講座)
• 三村　秀毅(東京慈恵会医科大学　内科学講座神経内科)
• 丸山　一雄(帝京大学　薬学部)
• 幸　敏志(田辺三菱製薬株式会社　研究本部)
• 川島　裕幸(株式会社カネカ　開発本部)

• 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 【補助金】 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26(2014)年度
• 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、貼付型振動子を使用した新規超音波併用rt-PA脳血栓溶解技術開発である。
　脳梗塞は、本邦死因の第４位を占める脳血管障害の6割を占め、かつ要介護老人の4割を占める。超急性期脳梗塞患者に対し、強く勧められる(グレードA) 治療法として一般に行われているのは組織プラスミノーゲンアクチベーター（rt-PA）静注療法である。この治療により予後は改善するが、rt-PA静注療法の有効性のみならず安全性をもさらに高めることが強く求められている。このrt-PAの血栓溶解作用をさらに高める方法の一つが、超音波血栓溶解促進療法である。この療法は、超音波照射によって，主にrt-PA分子のフィブリン網目への浸透が促進することで血栓溶解を促進する。この療法において最重要なことは、有効で安全な超音波照射である。当然、その浸透促進作用は超音波強度が大きければその作用は強くなるが、強い超音波照射による生体への障害が懸念されることとなる。
　これまでに、超音波血栓溶解促進療法の臨床試験は数件実施されたが、未だ認可に到った例は無い。これらの失敗に終わった臨床試験から抽出される教訓は次の通りである。
１，照射超音波の周波数選択が重要であること
２，新たに臨床試験を行うためには、定在波問題を克服するための技術開発が必須となること
　このような背景の下に本研究では、頭蓋骨透過性の高い中周波数超音波を用いて溶解促進効果が大きく（有効性が高い）、定在波抑制技術によって脳出血発症リスクを下げる（安全性が高い）ことができる超音波照射＋rt-PA静注併用療法を開発する。さらに新たに貼付型超音波振動子を開発し、高度な手技を要せずに適切な超音波照射を可能とすることで、超音波照射＋rt-PA静注併用療法のさらなる普及を目指す。さらに、次世代の技術としてバブルリポソームによる超音波照射効果の増強技術開発も合わせて研究する。

研究方法

１，超音波の効果と安全性
雑音変調によって、頭蓋骨内に発生する定在波抑制の検証は，リング上にカットした頭蓋骨を用い、シュリーレン法によって評価した。一方、超音波の頭蓋骨透過率はAIMS装置で超音波振動子とハイドロフォンを移動させて測定した。
２，貼付型超音波振動子
各種（ソフトとハード）材料を用いて、500kHz周辺の周波数出力に重点を置いた振動子を設計・作製した。出力はハイドロフォンによって測定した。
３，臨床研究プロトコル
2005 年 10 月から 2013 年 4 月までに国立循環器病研究センター病院でrt-PA静注療法を施行した 384 例患者のデータベースを後ろ向きに解析し、rt-PA静注療法単独のヒストリカルデータとした。このヒストリカルデータを対照群とする臨床試験プロトコルを作製した。
４，バブルリポソーム
バブル成分としてC3F8ガスを含有するバブルリポソームを作製し、さらに塞栓部位への特異リガンドとしてRGDペプチドを結合させて、そのin vitroおよびin vivoでの結合性を評価した。

結果と考察

１，超音波の効果と安全性
超音波の頭蓋骨透過性が骨厚や皮膚厚などで大きく（数倍にも）変動することを発見した。この変動が大きいほど、安全で有効な超音波照射の障害となる。照射超音波に周波数変調を施すことで、この変動を顕著に抑制できることを見いだした。また、この変調は有害な定在波を抑制することにも寄与した。
２，貼付型超音波振動子
ソフトな素材では必要とする超音波出力が得られなかったが、ハードな素材によって目的とする超音波振動子が得られた。ハードな素材でも粘着性のゲルを挟むことで、皮膚に貼付することが実現した。
３，臨床研究プロトコル
384 例のヒストリカルデータを対照群とする臨床試験プロトコル作製を完了した。
４，バブルリポソーム
RGDペプチドリガンドを結合したバブルリポソームがin vitroおよびin vivoにおいて活性化血小板に選択的に結合すること、およびバブルリポソームが臨床製剤として重要な凍結乾燥状態で保存できることが判明した。

結論

貼付型超音波振動子を用いた超音波照射併用療法の開発を行う本研究では、臨床試験開始に向けた超音波照射システム開発，頭蓋骨の超音波透過率、超音波照射による生体安全性評価等の基盤となる技術・情報を得ることができ、平成33年の治療法の認可と超音波照射システムの製品化を目指し、具体的道筋が定まった。

公開日・更新日

• 公開日: 2015-06-12
• 更新日: -

行政効果報告

• 文献番号: 201408006C

成果

• 専門的・学術的観点からの成果: 超音波の頭蓋骨透過性が骨厚や皮膚厚などで大きく（数倍にも）変動することを新たに発見した。これは従来の超音波併用rt-PA脳血栓溶解療法では見過ごされてきたことであった。さらに、変動は照射超音波に周波数変調を施すことで、顕著に抑制できることを見いだした。また、変調超音波は，従来では未解決であった頭蓋骨内での有害な定在波の発生をも抑制した。本研究で得られた変調超音波照射技術は、上記療法の有効性と安全性の向上に大きく寄与する。
• 臨床的観点からの成果: これまでに海外で実施され、失敗に終わった超音波併用rt-PA脳血栓溶解促進療法の臨床試験では、頭蓋外の発信超音波強度に関する規格はあったが、頭蓋内脳梗塞塞栓部位で生体が受ける超音波強度については規格がなかった。今回、実測した超音波頭蓋骨透過率に基づいて、塞栓部位で受ける超音波強度を規格となすことは大きな進歩である。また、従来は検討されていなかった、定在波と患者間の頭蓋骨透過率の差違が、超音波変調によって克服できることも、本研究を基に実施予定の臨床試験の大きな特長である。
• ガイドライン等の開発: 384 例のrt-PA静注療法単独治療のヒストリカルデータを対照群として、超音波併用rt-PA脳血栓溶解促進療法の臨床試験プロトコル案作製を完了した。この案に基づいて新規超音波血栓溶解装置の臨床治験が計画される予定である。
• その他行政的観点からの成果: 医療機器イノベーション環境整備プロジェクトである、MeDICIプロジェクトの支援シーズとして、本研究の目指す「貼付型ソフト超音波振動子を用いた次世代型経頭蓋的血栓溶解加速システム」が採用されて、平成２５年８月２１日には医薬品医療機器総合機構（PMDA）医療機器審査第一部によるヒアリングが実施された。この結果，臨床に向けた技術開発と臨床プロトコルの方向性が定まった
• その他のインパクト: 一般に公開された講演会を二度実施し、市民に対する急性期脳梗塞の疾病知識と対処法の普及に貢献した。また、本研究で実施している技術開発と臨床へ向けての取り組みも紹介し、厚生労働研究費補助金の意義への理解を深めることにも貢献した。

発表件数

• 原著論文（和文）: 2件
• 原著論文（英文等）: 20件
• その他論文(和文): 3件
• その他論文(英文等): 0件
• 学会発表(国内学会): 36件
• 学会発表(国際学会等): 6件
• その他成果(特許の出願): 0件
• その他成果(特許の取得): 0件
• その他成果(施策への反映): 1件 ; 臨床プロトコルの作製
• その他成果(普及・啓発活動): 2件 ; 公開講演会開催

主な原著論文20編（論文に厚生労働科学研究費の補助を受けたことが明記された論文に限る）

• 原著論文1: Ren Koda, Ryo Suzuki, Kazuo Maruyama, et al.; Evaluation of active control of Bubble liposomes in a bifurcated flow under various ultrasound conditions.; Advanced Biomedical Engineering , 3 (1) , 21-28 (2014)
• 原著論文2: Nobuhito Hamano, Kazuo Maruyama,Yukihiko Aramaki, et al.; Combination of Bubble liposomes and high-intensity focused ultrasound (HIFU) enhanced antitumor effectby tumor ablation.; Biological & Pharmaceutical Bulletin , 37 , 174-177 (2014)
• 原著論文3: Kohsuke Hagisawa,Kazuo Maruyama, Robert J. Siegel, et al.; Thrombus targeted perfluorocarbon containing liposomal bubbles for enhancement of ultrasonic thrombolysis – in vitro and in vivo study –; J. Thrombosis and Haemostasis , 11 , 1565-1573 (2013)
• 原著論文4: 鈴木理恵子，古賀政利，峰松一夫, 他; rt-PA静注による閉塞血管早期再開通率の検討：虚血性脳卒中に対する新規超音波血栓溶解装置開発の対照データ; Neurosonology , 28 (1) , 1-5 (2015)
• 原著論文5: Osamu Saito, Yasuyuki Iguchi, Masayuki Yokoyama, et al.; Substantial fluctuation of acoustic intensity transmittance through a bone-phantom plate and its equalization by modulation of ultrasound frequency.; Ultrasonics , 59 (1) , 94-101 (2015)
• 原著論文6: 田中 弘二，鈴木 理恵子，峰松 一夫，他; リアルタイム3次元経食道心臓超音波検査を用いた急性期虚血性脳血管障害における左心耳の3次元評価. ; 脳卒中 , 36 , 260-265 (2014)
• 原著論文7: Tanaka K, Koga M, Minematsu K, et al. ; Three-dimensional analysis of the left atrial appendage for detecting paroxysmal atrial fibrillation in acu te ischemic stroke.; Int. J. Stroke , 9 (1) , 1045-1051 (2014)
• 原著論文8: Shimoyama T, Yamashita S, Iguchi Y., et al.; Maintenance hemodialysis independently increases the risk of early death after acute intracerebral hemorrhage. ; Cerebrovasc Dis. , 36 (1) , 47-54 (2013)
• 原著論文9: Aoki J, Iguchi Y, Kobayashi K., et al.; Two different days of transcranial Doppler examinations should be performed for detection of right-to-left shunt in acute stroke patients.; J Neuroimaging , 23 , 175-179 (2013)
• 原著論文10: Sakamoto Y, Kimura K, Iguchi Y., et al.; Early ischaemic diffusion lesion reduction in patients treated with intravenous tissue plasminogen activator: infrequent, but significantly associated with recanalization. ; Int J Stroke , 8 , 321-326 (2013)
• 原著論文11: Furuhata H, Saito O; Comparative study of standing wave reduction methods using random modulation for transcranial ultrasonication.; Ultrasound Med Biol. , 39 , 1440-1450 (2013)
• 原著論文12: Iguchi Y, Kimura K, H, Ebisutani S, et al. ; Stroke incidence and usage rate of thrombolysis in a Japanese urban city: the kurashiki stroke registry. ; J. Stroke Cerebrovasc. Dis. , 22 , 349-357 (2013)
• 原著論文13: Shimoyama T, Inoue T, Iguchi Y, Mochio S., et al.; Admission hyperglycemia causes infarct volume expansion in patients with ICA or MCA occlusion: association of collateral grade on conventional angiography.; Eur J Neurol. , 20 , 109-116 (2013)
• 原著論文14: Suzuki R, Minematsu K, Toyoda K., et al.; Common carotid artery dissection caused by a frontal thrust in Kendo (Japanese swordsmanship). ; Circulation , 125 , e617-e619 (2012)
• 原著論文15: Suzuki R, Koga M, Minematsu K, et al.; Visibility of the lesser sphenoid wing is an important indicator for detecting the middle cerebral artery on transcranial color-coded sonography. ; Cerebrovasc Dis. , 33 , 272-279 (2012)
• 原著論文16: Sakamoto Y, Koga M, Minematsu K., et al.; Low DWI-ASPECTS is associated with atrial fibrillation in acute stroke with the middle cerebral artery trunk occlusion. ; J Neurol Sci. , 323 , 99-103 (2012)
• 原著論文17: Kimura K, Iguchi Y, Shibazaki K., et al.; Administration of edaravone, a free radical scavenger, during t-PA infusion can enhance early recanalization in acute stroke patients--a preliminary study. ; J. Neurol. Sci. , 313 , 132-136 (2012)
• 原著論文18: Shimoyama T, Iguchi Y, M, Mochio S., et al.; Stroke patients with cerebral microbleeds on MRI scans have arteriolosclerosis as well as systemic atherosclerosis.; Hypertens. Res, , 35 , 975-979 (2012)
• 原著論文19: Shibazaki K, Kimura K, Iguchi Y., et al.; Brain natriuretic peptide levels as a predictor for new atrial fibrillation during hospitalization in patients with acute ischemic stroke.; Am. J. Cardiol. , 109 , 1303-1307 (2012)
• 原著論文20: Miyamatsu N, Iguchi Y,Toyota A, et al.; Effects of public education by television on knowledge of early stroke symptoms among a Japanese population aged 40 to 74 years: a controlled study.; Stroke , 43 , 545-549 (2012)

公開日・更新日

• 公開日: 2015-06-16
• 更新日: 2017-05-30

収支報告書

• 文献番号: 201408006Z
• 報告年月日: 2015年06月08日

収入

• (1)補助金交付額: 112,359,000円
• (2)補助金確定額: 112,359,000円
• 差引額 [(1)-(2)]: 0円

支出

研究費 (内訳)	直接研究費	物品費	36,535,031円
		人件費・謝金	29,122,341円
		旅費	4,989,666円
		その他	15,784,173円
	間接経費		25,929,000円
	合計		112,360,211円

備考

備考

消耗品の金額が交付額に正確に一致させることができず、差額1,211円は代表研究者の所属機関が負担した。

公開日・更新日

• 公開日: 2016-01-28
• 更新日: -