末端用の完全移植可能な LVAD

Jul 18, 2023

2021年2月12日 Rukmani Sridharan 心臓外科、心臓病学、独占

進行した心不全患者は、心筋に重度の損傷を負っているため、心臓移植が必要になることがよくあります。

左心室補助装置（LVAD）は、移植を待っている間に心臓が体内に血液を送り出すのを助けるために、このような患者に頻繁に使用されます。 これらのデバイスは、心臓手術を受けた患者の心臓をサポートするために短期的にも使用され、移植を受けられない患者のための長期的な選択肢として採用されることが増えています。

Medgadget は、完全埋め込み型 LVAD を開発した企業である Corvion Inc. の CEO、Greg Aber と話す機会がありました。 これらは最近、FDA から画期的な機器の指定を取得し、2022 年に人体での臨床試験に参入することを目指しています。

Rukmani Sridharan、Medgadget: 現在、心不全患者の何パーセントが LVAD の装着を必要としていますか?

グレッグ・エイバー、コルヴィオン: LVAD の恩恵を受ける可能性のある患者の数は、現在年間に埋め込まれているデバイスの数よりもはるかに多いことを認識することが重要だと思います。 恩恵を受ける可能性のある人の推定数は年間 100,000 人から 300,000 人に及びますが、世界中で LVAD が埋め込まれているのは年間約 10,000 人だけです。 過去数十年でテクノロジーは大幅に進歩しましたが、LVAD を受けることは依然として人生を変える大きな経験です。 重篤な有害事象と生活の質の低下により、導入が制限されています。 これらの制限が解消されるまで、LVAD 市場は緩やかな成長が続くでしょう。 そこでコルビオンが登場します。

Medgadget: 現在の LVAD システムはどのように機能し、その欠点は何ですか?

グレッグ・エイバー、コルヴィオン:過去数十年にわたって開発された慢性的な LVAD 設計の数は、驚くべきものです。 より良い LVAD を構築する方法については、誰もが独自のアイデアを持っているようです。 興味深いことに、これだけの努力を経て、使用が承認されたデバイスは 2 つだけです。 これらは両方とも、人工グラフトを介して左心室から大動脈に血液を推進する回転インペラを備えたロータリー ポンプです。 どちらの設計も心膜に埋め込まれており、ポンプを電源に接続するために経皮的なドライブラインが必要です。

このアプローチから逸脱した、心膜に配置された振動ダイヤフラムポンプや完全に心室内に配置された回転ポンプを使用する新しい設計が開発中ですが、これらのアプローチは非効率的で騒音が大きすぎるか、ポンプ血栓症のリスクが高いかのいずれかであると考えています。 、これはLVADを受ける際の主要な危険因子です。 承認された 2 つの設計はどちらも、回転するインペラと流れる血液にさらされる固定ハウジングとの間に接触がないという点で「磨耗しない」ものです。

これは絶対に必要です。メカニカルコンタクトベアリングを使用する LVAD は基本的に故障する運命にあり、ベアリングを生理食塩水でパージする必要があるため、完全に埋め込むことはできません。 2 つの承認された装置のうち、1 つはアクティブ磁気浮上を使用し、もう 1 つは流体力学的サポートと組み合わせたハイブリッドパッシブ磁気浮上を使用して回転インペラを吊り下げます。 それぞれに長所と短所があり、完全リニアモーターカーは血栓症のリスクが非常に低く、ハイブリッド設計はインプラントの侵襲性が低いため小型です。

それぞれのケースは患者ごとに異なるため、どちらが最善であるかについてはまだ結論が出ていないと思います。 私たちのアプローチは、特許を取得した独自の方法で、両方のデザインの最良の特性を組み合わせることだと思います。

Medgadget: 御社の完全埋め込み型 LVAD デバイスはどのように機能し、末期心不全患者の生活の質をどのように改善することを目指していますか?

グレッグ・エイバー、コルヴィオン:なぜ完全に埋め込まれた LVAD がすでに市場に出ていないのか疑問に思う人もいるでしょう。 経皮的なドライブラインは既存のデバイスの非常に大きな欠点であり、生命を脅かす重大な感染症を引き起こし、さまざまな点で生活の質を制限します。

私たちが最初に始めたとき、システムは完全に埋め込まれる必要があり、それ以外のことを行うのは時間とリソースの無駄だと言いました。 完全に埋め込まれた LVAD システムを設計するのは非常に難しいことがわかりました。 最大の問題は消費電力です。 埋め込み型電源から 5 ワット以上の電力を 1 日 24 時間継続的に消費するポンプにどのように電力を供給し、深刻な発熱の問題を引き起こすことなく皮膚から充電するにはどうすればよいでしょうか?0

過去に他のポンプもワイヤレス化を試みていましたが、埋め込まれたバッテリーが非常に巨大で、再充電には途方もない量の電力が必要でした。 中には、市販のバッテリーを多数接続して、埋め込み型デバイスではなくコードレスドリルに適したバッテリーパックを作成するところまで行った人もいます。

私たちは最初から、消費電力を劇的に低下させる必要があることを知っていました。そうしないと、実用的な完全埋め込み型 LVAD は実現できないでしょう。 FDA が承認した埋め込みグレードのバッテリーでポンプを動作できるように、電力要件を約 80% 削減しました。 次に、正確な位置合わせや皮膚への接触を必要としないワイヤレス充電システムを開発しました。 これは、消費電力を下げることとほぼ同じくらい重要でした。なぜなら、充電コイルを皮膚にテープで貼り付けて一日中着用し、それを剥がさなければならないことは、経皮ドライブラインで必要とされる滅菌包帯を毎日交換することよりもはるかに優れているわけではないからです。

当社の外部充電器を装着することは、古い Sony ウォークマンを持ち歩くのとあまり変わりません。その時代に育った人にとって、手間をかけたり皮膚が擦れたりすることなく、いつでも取り外しできます。

Medgadget: 競合他社と比較して、より高いポンプ効率を達成するにはどうすればよいですか?

グレッグ・エイバー、コルヴィオン:それは本当に良い質問で、私たちにもよく寄せられる質問です。 単純な答えは、本当に優れた焦点を絞ったエンジニアリングだと思います。 私たちは、血液を送り出すために特別にポンプを設計するのではなく、可能な限り最も効率的な小型ポンプの設計に着手し、それが血液を損傷しないことを望みました。 この焦点により、私たちは従来の LVAD 設計から離れ、効率が最優先される従来の工業用ポンプ設計に近づくことになります。

標準的な水または化学プラントのポンプには、シャフトまたは磁気カップリングで接続された個別のモーターとインペラがあり、モーターとインペラを個別に効率を最適化することができます。これは、形状を気にせずに EV に最適なモーターを選択するようなものです。車とその逆。 現在の LVAD 設計は、モーターをインペラに緊密に統合して、いわゆる「コンパクト」設計を実現しています。 これは小型ポンプの設計には必要なく、全体の効率を大きく低下させることがわかりました。

私たちは工業用ポンプからヒントを得て、磁気カップリングを使用してモーターをインペラから分離しました。 そうすることで、標準のコンパクトな高効率モーターを使用し、どちらにも妥協することなく、ポンプ用のインペラを完全に最適化することができました。 当社のモーターの効率は 85% 以上で、インペラの効率もそれと同等です。 2 つの積が全体の効率となるため、どちらの数値でも効率が大幅に低下する可能性があります。 残った唯一の課題は、インペラを非接触で吊り下げる方法でした。

最終的には、軸方向と傾斜方向に磁石を使用し、半径方向に流体力を使用するハイブリッド システムが最もうまく機能しましたが、私たちはまったく逆のことを行う他のハイブリッド設計とは異なります。 当社の設計により、血液に対するせん断力が大幅に低くなります。

メガジェット:これまでの動物実験の結果はどうですか?また、人間への臨床試験はいつ開始される予定ですか?

グレッグ・エイバー、コルビオン:私たちは動物実験の初期段階にいますが、その結果は前例のないものです。 血球損傷の尺度である当社の血漿遊離ヘモグロビンレベルは、他の装置に比べてわずかです。 それは、動物の循環系にポンプさえない場合とあまり変わりません。 末端器官にポンプ血栓や梗塞は見られず、ポンプが脳卒中を引き起こす可能性のある微小凝固を生成していないことを示しています。これは、現在の LVAD のさらに大きな問題です。

私たちは動物でワイヤレス システムをテストしました。 当社のシステムは、空気を介して遠隔地から組織に電力を伝達する独自の機能を備えています。 したがって、私たちの実験では、動物は何も着ていません。充電コイルに近づくだけで電力が伝達されます。 また、他の企業が試みたような巨大なコイルも使用しません。 それは非現実的であり、現実的な動物実験というよりも、単なるデモンストレーションにすぎません。

すべてが順調に行けば、2022 年までに人類初の実験が行われる予定ですが、それまでにやるべきことがたくさんあります。

Medgadget: 患者は、完全に埋め込み可能な LVAD デバイスが市場に投入されるのはいつ頃になるでしょうか?

グレッグ・エイバー、コルビオン:市場で初めての完全埋め込み型システムを目指して競争が繰り広げられています。 安全で信頼性の高いデバイスを最初に手に入れた人には、数十億ドルのチャンスがあると私たちは考えています。 ただし、システム間には大きな違いがあるため、最初のインプラントが勝者となるわけではないかもしれません。

2019年にカザフスタンで古い機械式ベアリング心臓ポンプの最初のワイヤレス移植さえ行われたが、移植されたデバイスが非常に大きく、ポンプは血栓が形成されやすいため、それ以上の移植は行われていない。

当社は FDA から画期的なデバイスの指定を受けており、これにより作業が迅速化されるはずです。 当社の競合 2 社は老舗の大手企業ですが、医療機器の分野では、中小企業が大規模市場を破壊するという話が溢れています。 私たちはその伝統を継承していくつもりです。

リンク: Corvion Inc. ホームページ…

ルクマニ シュリダラン

Rukmani Sridharan 博士は、アイルランド王立外科医大学の博士研究員であり、移植された生体材料が免疫系に及ぼす影響を研究しています。 彼女は生物医学工学の修士号を取得し（チェコ共和国とアイルランドで）、免疫工学、神経再生、幹細胞療法などの多様な生物医学ソリューションに取り組んできました。 彼女はすべての科学および医学ニュースを熱心にフォローしており、科学的発見を理解するために一般の人々を巻き込むことに情熱を注いでいます。