【高分子・材料の科学知識】--025 医療用「人工血管」の高分子材料に関する科学知識 + ljtjbx

ポリエステル製人工血管は、最も早く使用された血管材料であり、開存率が高いため長年にわたり大動脈の置換において成功裏に用いられてきましたが、細口径の人工血管を製造する上での要求を完全に満たすことはできませんでした。その後に開発された絹製人工血管は、その螺旋状のしわが安定しておらず、血管がしぼんでしまう傾向があった。また、形状保持性が悪く強度も低かったため、臨床での使用が制限された。国内外で最も広く使用されている人工血管材料はエキスパンドドポリテトラフルオロエチレンであり、優れた生物適合性と抗凝固性を持つが、順応性が低く、移植片の開存率はわずか30％に過ぎない。特に直径6mm未満のePTFE人工血管では上記の欠点がより顕著で、長期的な開存率は極めて悪い。これら3つのものの根本的な欠点は、適応性が極めて低いことであり、人体の動脈が持つ柔軟性や弾力性をまったく備えていない。この欠点は、細い口径の動脈と吻合する際に特に顕著に現れ、これが血栓が吻合部で容易に形成される主な原因でもある。 小口径人工血管の研究開発は、ここ10年間、国際的に注目されている分野である。しかし現在までに、正式な製品は登場していない。その理由は、小口径人工血管における生体適合性や抗凝固性の要求が、通常の大口径人工血管よりもはるかに高いからである。現在、世界中で毎年約100万人の心臓病患者が心臓バイパス手術を受ける必要があります。現在使われている移植用血管は依然として患者自身の体内の血管を使用したものですが、人体の血管には限りがあり、また手術による負担も非常に大きいのです。今急ぎ解決すべき課題は、バイパス手術に適した小口径の人工血管を製造することであり、その市場の将来性は非常に有望です。 近年、ポリウレタン（PU）材料は大いに注目されており、この材料はePTFEと比較してより優れた生体適合性を持っている。PU材料を用いて作製した人工血管が上記の問題を解決できると考えられているため、これは海外の多くの研究者が現在研究している分野である。PU型の小口径人工血管については、我が国においても多くの研究報告がある。 ポリウレタン材料の微細相分離構造により、他の高分子材料よりも優れた生物適合性（血液適合性および組織適合性を含む）が得られる。この構造は生体の血管内壁に非常によく似ており、マクロ的には極めて滑らかな表面だが、ミクロ的には二重層の脂質からなる液体基質層で、その間にさまざまな糖タンパク質や糖脂質が埋め込まれている。このマクロ的に滑らかで、ミクロ的に多相分離した構造により、その血管壁は優れた抗凝固性能を持つ。また、PUは優れた疲労耐性、耐摩耗性、高弾性、および高強度を持っているため、人工心臓、人工肝臓、介入用カテーテル、高分子制御放出型薬剤などといったバイオメディカル材料分野で広く利用されています。 PUが生物体内で使用されているのは既に長年の歴史がありますが、人工血管としてのPUの研究はわずか10年の歴史しかありません。グプタはPUをポリエステルと混合して、人の頸動脈の順応性に極めて類似した内径4～6mmの人工血管を作製した。犬を用いた試験では、移植後6ヶ月経過してもこの血管の開存率は良好であり、さらに血管表面には薄い層の安定した新生内膜が形成されていた。Jeschkeは、内径1.5mm、長さ10mmのPU血管を開発した。この炭化処理を施したPU血管とePTFE血管とを動物実験で比較した結果、PU血管の方がePTFE血管よりも優れた性能を持つことが判明した。 PUを人体に移植してから30年が経過しているが、これまでのところ、既存のPU材料では人工血管の臨床応用に求められる高い基準を満たすことができていない。長期にわたって使用する過程で、PUが体内で老化・分解や石灰化を起こし、材料にひび割れが生じ、最悪の場合は完全に破壊されることがある。多くの研究者がPUの分解機構について研究しており、PUの分解機構は主にマクロファージや異物巨細胞といった免疫反応細胞によって引き起こされる酸化分解であると考えられている。これまでに行った動物実験において、犬の頸動脈に移植された小口径のPU複合人工血管について、2ヶ月後に組織病理学的検査を行ったところ、人工血管の管壁内に多数の散在する炎症細胞の浸潤が見られ、上記の結論がさらに裏付けられました。したがって、炎症反応は分解を引き起こす根本的な要因であり、材料の組織適合性を高めるということは、材料によって生体の炎症反応が引き起こされないか、あるいは少なくなるようにすることである。しかし、材料を修飾して組織適合性を高めると、しばしば材料の力学的特性や血液適合性に悪影響を及ぼすことがある。

科学者たちは3Dプリント技術を活用　ドイツの科学者たちは最近、3Dプリント技術を使って人工血管を作り出すことに成功した。この研究成果は、人体試験や薬物試験に活用される見込みです。 多年にわたる絶え間ない探求の結果、この難問は現在、ドイツのフラウンホーファー研究所の科学者たちによって解決されました。彼らは、拒絶反応に効果的に対抗できる生物分子と重合高分子材料を組み合わせて特別な「印刷インク」を作り出しました。このインクで印刷された物質は化学反応を経て弾力性のある固体を形成し、科学者たちが人間の血管の構造に基づいてそれを3D立体の人工血管に成形するのに役立ちます。 実際、3D立体印刷技術の精細度は非常に驚異的です。最も類似性の高い人工血管を作製するため、科学者たちは二光子重合技術も用い、レーザー光によって人工血管材料の分子を架橋させ、その後形成された血管を細胞の内壁に移植した。 バイオ医療技術の急速な発展に伴い、科学者たちは人工腸や人工気管といった小さな人体の臓器を製造することに成功している。しかし、大規模な人工臓器の製造は度々障壁に直面しており、その主な原因は毛細血管を作製するための技術が欠如していることである。その結果、大規模な人工臓器に必要な栄養分を供給できず、正常な機能維持や稼働が不可能になってしまうのだ。 この研究成果は、大規模な人体臓器の製造を大きく推進するものとされている。人工臓器の移植という夢はまだ遠い先のことですが、人体臓器製造技術の急速な発展により、人類の医学研究により効果的で人道的な実験手段がもたらされるでしょう。例えば、新薬の開発時に動物の代わりに人工臓器を使って実験するといったことです。

人工血管に求められるのは、物理的・化学的性質が安定していることです；網目度が適切；一定の強度と柔軟性を持っている；ブリッジ手術時の縫合性が良く、この効果は優れています。。。。。。。。。。。。。

高いですか？血栓に効果はありますか？

この技術はすでにある。しかし、一般の人々に適用されるのは、いつになるか分からない。数年後になるかもしれないね！ 科学の進歩は止められないものだな

とても高級感があるけど、実際に使っていく中で時間の試練に耐えなければならない

腐れ老いぼれがいるのも無理はない。。。:黙れ:

医療水準は本当に重要だね！あるバスケットボールスターが死の淵から生還したように、医療技術には本当に感心します。うちに来ていたら、とっくに通知が来ているはずだよ

勉強になった。年を取っても、学び続けるべきだ