ペンシルバニア州立大学の研究者が心臓ポンプの試験の成功を祝う

Jul 22, 2023

経皮的心臓ポンプの画像。 クレジット: ペンシルベニア州立大学クリエイティブ・コモンズ

2013 年 8 月 2 日

ペンシルバニア州ユニバーシティパーク -- 応用研究研究所 (ARL) と材料科学部門のペンシルバニア州立大学の研究者チームは、2005 年から 2011 年にかけて開発した左心室補助装置 (LVAD) が 3 月に初めて人体実験に成功したことを確認しました。 。

機能不全の心臓に対する機械的循環補助療法の世界的リーダーである Thoratec Corp. は、2010 年にペンシルバニア州立大学からこの技術のライセンスを取得しました。LVAD は、機能不全の心臓のポンプ機能を部分的に引き継ぐように設計されています。 3 年も経たないうちに、ペンシルベニア州立大学でプロトタイプのデバイスを構築するために開発された予備設計コンポーネント、テスト設備、製造技術が、ソラテックによって人体で LVAD がテストできるまでに進化しました。

ARLの研究者であり、このプロジェクトの主任研究員であるロブ・クンツ氏は、「ペンシルベニア州立大学のチームにとって興奮しているのは、私たちの研究が命を救うことに順調に進んでいることだ」と語った。 「現在HeartMate PHP（経皮的心臓ポンプ）と呼ばれているものの設計目標は、気の遠くなるようなものだった。患者の大腿部の切開部から挿入し、下行管を蛇行しながら上に進むのに十分な大きさの、長くて細いカテーテルの端に血液ポンプを開発するというものである。 PHP は、心臓や血液に取り返しのつかない損傷を与えることなく、成人男性を数日間サポートできる十分な血液ポンプ能力 (60mmHg 圧力ヘッドで毎分約 4.5 リットル) を提供する必要があります。自体。"

市販されている長期 LVAD の多くは、デバイスを挿入するために胸壁を外科的に開く必要があり、これは複雑で外傷を伴う処置です。 短期 PHP デバイスの設計目標は、迅速に挿入される低侵襲の緊急サポート技術の要望によって動機付けられました。 PHP は、心臓発作やその他の急性心臓病に罹患した患者の数分以内に挿入、展開、動作するように設計されており、米国では毎年数万人の命を延ばす可能性があります。

これらの要件に伴い、ペンシルベニア州立大学に産業界が集まったのは、血液ポンプの用途において重要な技術である流体力学 (設計、試験、モデリング) と材料科学における同大学の優れた能力のおかげです。 「我々には基本的に要件と白紙の紙が与えられました。」とクンツ氏は言います。「基本コンセプトを開発するまでに時間はかかりませんでした。それは、折りたたみ可能なカニューレ内に収容された、非常に小型で非常に高速で回転する折りたたみ可能なインペラです。」

この小型だが効率的なターボマシンのコンセプトを開発するには、ペンシルベニア州立大学のチームが複数の課題を克服する必要がありました。 重要なことは、流体の性質と関係があります。 LVAD は、約 19,000 RPM で回転しながら血液を送り出すインペラによって機能します。 しかし、たとえ小さなものであっても、血液をミキサーに入れて、酸素を運ぶことを可能にする物理的および生物学的特性を維持することを期待することはできません。 代わりに、インペラーブレードは、赤血球への損傷を最小限に抑えるように設計する必要がありました。

もう 1 つの大きな課題は、LVAD ブレードの素材が 4 mm カテーテル内で圧縮できるほど十分な柔軟性を持たなければならないことでした。 その同じ弾性は、ブレードが回転するときに流体負荷の下でたわむことを意味します。 したがって、ブレードは、望ましい流体力学的性能を維持しながら、たわみを相殺するように設計する必要がありました。 第三に、インペラが回転し、ポンプ内の血流を導くカニューレも折りたたみ可能でなければなりませんでした。本質的には、ポンピングをサポートするのに十分な完全性を備えたカバー付きステントでありながら、完全に折り畳んで 4 mm カテーテルにできる柔軟性を備えている必要がありました。 。

クンツ氏は次のように述べています。「これは、材料科学、実験流体力学、数値流体力学、工学設計、軸受技術、ラピッドプロトタイピングと制御の専門家に加え、機械工や結合試験技術者も参加する、まさに学際的な設計と開発の取り組みです。また、循環器系生理学、血球力学/生化学、動物実験、体内での使用が「許可されている」材料など、当社のコアコンピテンシーから大きく外れたいくつかのテクノロジーに携わる刺激的な機会にも恵まれました。このプロジェクトは、流体構造相互作用モデリングをテーマとしたペンシルベニア州立大学の機械工学博士論文をサポートしました。」

「では、その装置は今どこにあり、どこへ向かうのでしょうか？」 クンツ氏は続けて、「共同発明者として私たちのチームのメンバーとともに、4つのPHP関連特許が発行された。ペンシルベニア州立技術管理局はソラテックとのライセンス契約交渉に成功し、人体実験の成功によりペンシルベニア州立大学初のライセンス収入が生じた」と述べた。デバイス。"

ソラテックは、製造開発および臨床試験から商品化まで血液ポンプ装置を成熟させるための専門知識とリソースを備えた世界で数少ない企業の 1 つであるため、このテクノロジーの優れた移行パートナーです。 ソラテックは、高リスクの経皮的介入を受けている患者や、依然として死亡率が高い心原性ショック患者をサポートするために、HeartMate PHP の使用に関する臨床試験を継続する予定です。 同社は、2013年下半期に欧州での治験を開始し、続いて2014年初めに米国で臨床試験を開始すると予想している。

ペンシルベニア州立心臓補助ポンプ開発チームのメンバーは、左から右に、スティーブ・ハンブリック、ジム・ラント、リック・メドヴィッツ、グレッグ・ディロン、デイブ・ボーガー、エリック・マイヤー、ロブ・クンツ、アダム・ロズランド、スティーブ・ストラブル、ロブ・キャンベル、デイブ・ドリース、マーク・マクブライド、ラスティ・ブーン、ジェレミー・コンコスキー、ジャスティン・ウォルシュ。 欠場しているのはトム・マリソン、ダン・メトリー、リック・ウェイヤーだ。 クレジット: ペンシルベニア州立大学クリエイティブ・コモンズ

ロブ・クンツ

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