研究最前線

複合材料使う新しいカテーテル開発に挑戦

最先端のナノテクノロジーを駆使
顔写真 古薗 勉
(ふるぞの つとむ)
(国立循環器病センター研究所生体工学部室長)
独立行政法人科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業
研究課題「無機ナノ粒子・有機・細胞三元複合体による生体活性材料の開発」研究者
補助人工心臓や腹膜透析などいろいろな疾患の治療に医療材料のカテーテル・チューブが使用されています。カテーテルは、患者の体内に直接挿入され、長期間使用することがあるため、それに伴う細菌感染防止対策が大きな課題になっていますが、未だに十分なものができていません。この研究では、最先端のナノテクノロジーを取り入れて、新しいカテーテルの開発を目指しています。
ねらいと背景
世界各国が挑戦
 カテーテルは、体外から体腔内に薬剤などを注入したり、体腔にたまった液体を体外に取り出すために使われる内径2〜3.5mmの細いチューブです。カテーテルは、シリコーンなど弾力性の高い高分子材料が基盤材料として作られていますが、長期間にわたって使用する場合、患者の体との接着部分からの細菌感染と、それに伴う病態悪化の懸念が大きな問題となっています。現在はその対策として、患者に対する1日数回の消毒などの指導を徹底しています。
 これまで世界各国で、高分子、金属、セラミックスの研究者が新しいカテーテル材料の研究を行ってきましたが、生体との違和感や材質が硬くて脆い点などが解決されないままになっています。
 古薗室長は、自分自身が腹膜透析をしている腎不全の患者です。米国の大学の研究所や科学技術庁無機材質研究所(現・独立行政法人物質・材料研究機構)などを経て現在に至っていますが、一貫して臨床に本当に役立つデバイスの開発を目指して研究を続けてきました。今回、研究視点をマクロ領域からナノ領域へと移し、ナノ技術を新材料の開発に応用しています。

腹膜透析経皮部カテーテル
写真 腹膜透析経皮部カテーテル

経皮デバイスの例
図 経皮デバイスの例
内容と特徴
無機と有機の複合材料
 JSTのさきがけプログラム「ナノと物性」領域の研究※1課題「無機ナノ粒子・有機・細胞三元複合体による生体活性材料の開発」では、no1生体との接着性に優れ、軟組織適合性のあるハイドロキシアパタイト(以下アパタイトと略)※2のナノ粒子、no2柔軟性や高い強度があり、手術の縫合糸としても臨床実績のある繊維性高分子(シルク繊維)、no3細胞と細胞をつなぐ役割をするタンパク質・コラーゲンの分泌機能をもつ繊維芽細胞――の三つを有機的に複合化することで新しい材料(三元複合体)の開発を目的としています。
 カテーテルの基盤材料であるセラミックスの「硬い・もろい」という欠点を克服するために、独立行政法人物質・材料研究機構の協力を得てナノテクノロジーによって従来よりも広い接着面積を持つアパタイトの粒子(平均粒径約100ナノm=1万分の1mm)を作りました。次に、このナノ粒子とアパタイト表面の水酸基とが特異的に反応する足場(官能基)となる高分子を表面につけたシルク繊維(1本の繊維の太さ10マイクロm=100分の1mm)を結合させて、表面がアパタイトのセラミックスになった無機・有機の複合材料を作りました。
 この複合材料は、強度や物性が一般のシルク繊維と全く変わらない上に、繊維芽細胞とはよく接着することが確認されており、現在までに複合材料を被覆したカテーテルが試作されています。
※1:
研究期間は平成13年12月1日〜平成16年11月30日です。

※2:
ハイドロキシアパタイト=リン酸カルシウムの一種で、整形外科や歯科領域の医用材料として用いられています。

電子顕微鏡像
アパタイト複合繊維上に接着・増殖した繊維芽細胞の走査型電子顕微鏡像

展望
2年後に臨床応用へ
 今後は、組織工学的な技術を加えて、無機・有機からなる接着性のより高い材料を開発し、動物試験を行う予定です。さらに国立循環器病センターの特色を生かして臨床医と協力し、臨床応用するための生物学的試験を行い、倫理審査につなげて行く方針です。研究成果の実現の第一目標を、原発性肺高血圧症※3治療用カテーテルの開発とし、臨床応用は2年後を目指しています。
 新しいカテーテルが開発され臨床に使用されれば、医療におけるナノテクノロジーと組織工学技術を兼ね備えた初めてのデバイスとなり、早期退院による患者の社会復帰や、看護スタッフの労力軽減、さらに国内医療産業の活性化などの波及効果も期待できます。
※3:
原発性肺高血圧症=原因不明の肺高血圧症。我が国における原発性肺高血圧症患者の1/3が国立循環器病センターで治療を受けています。
研究者のコメント
「若いころから体が弱く、大学を卒業する時には健康上の問題でどこにも就職できませんでした。その後、鹿児島市内の病院で看護助手として働き、透析の勉強を始めました。18年前から人工透析を受けて元気になりました。“新しい命をもらった気持”が契機となり、自分を含めた患者さんが幸せになるデバイスの開発を目指し研究一筋の道を歩んできました」

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