小型能動式埋込型管腔系人工内臓の開発研究

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食道疾患患者数は、我が国で増加傾向にあることが知られている。それらの患者は、食道の持つ食物運搬機能が失われ、重篤な逆流性食道炎または逆流によって胃の内容物が肺に入り込むことによって引き起こされる肺炎などが課題となっている。中でも食道がん患者は進行の程度によっては、食道の全摘出もしくは亜全摘出を行った後に再建臓器として胃や小腸を用いる手術を行われる場合があるが生来の食道の持つ蠕動機能は失われたままとなる。そこで本研究では、そのような患者への新しい治療方法として、能動的な食物運搬機能を有する埋込可能な人工食道ステントの研究開発を行っている。人間と同程度の体格を有する動物としてヤギの食道を用いて食道の材料力学的特性試験を行って食道の蠕動運動と食道の材料力学的特性の分布との関連を調べた。本研究では圧容積試験、食道引張試験、動的粘弾性試験および組織染色をヤギから摘出した食道に対して行った。圧容積試験では、食道内に容積負荷として生理食塩水を注水しその時の内圧との変化からスティフネスパラメータβを算出した。また食道引張試験は作製したリング状試料に対して一定の速度で引っ張り、応力ひずみ曲線を得た。その後非線形性粘弾性モデルを用いて解析を行った。また動的粘弾性試験においては、圧容積試験と同様に分割を行い、蠕動運動と同程度の周波数の刺激を与えた。それらの結果から貯蔵弾性率と損失弾性率を求めた。これらの材料力学的解析の結果から、食道の材料力学的特性分布を求めた。これらの生体の材料力学的試験の結果から、生体食道の蠕動運動の特性に基づく人工食道ステントのための食物運搬機構を構築した。それらを具現化するためにPTFEシートとNi-Ti系形状記憶合金線維を用いた構造物を作製した。また本デバイスの駆動制御として、加速度センサおよび3次元位置情報センサを用いて嚥下挙動検知をヒトとヤギを対象として行った。