細胞移植機能を伴う心臓アシストシステム

【課題】補助人工心臓の埋め込み後に非侵襲で、心筋の再生に有効な細胞を梗塞部位に運ぶ。
【解決手段】直流及び交流電圧を印加することができるコントローラを有する補助人工心臓であって、ポンプの埋め込み時に電磁石を心臓の梗塞部位に貼り付け、埋め込み後にカプセルに封入した細胞を、カテーテルを用いて梗塞部位周辺に放出する。カプセルは磁性を有しており電磁石の磁界によって梗塞部位に集まり、梗塞部位付近で破壊される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補助人工心臓である体内埋め込みポンプにおいて、無侵襲に心筋再生を可能とする心臓アシストシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
心筋細胞は、自身で増殖、分化することができないため、障害を受けると再生できず、機能不全（心不全）に陥ることがある。その治療法として、心臓移植、人工心臓などの置換型治療があるが、心臓移植には慢性的にドナーが不足する問題があり、人工心臓ではＱＯＬ（Quality of Life）の低下という問題がある。よって心筋の再生を行う治療が切望されている。
【０００３】
心筋の再生を行うには、細胞移植、補助人工心臓による心室負荷の軽減、プラズマフェレーシスによる血液浄化、の３つが有効とされている。なお、ここで、プラズマフェレーシスによる血液浄化は、培地である血液をきれいにして細胞を働きやすくするためなので、前者の２つのみでも効果が得られる。この治療法を行った場合、心筋が再生され、自己心の機能回復が認められた段階で、補助人工心臓をはずすことになる。
【０００４】
この中で、細胞移植については腰骨から骨髄を採り、骨髄細胞を分離して補助人工心臓の埋め込み手術時に形成した冠動脈バイパスにカテーテルにて骨髄細胞を注入する方法、あるいは、補助人工心臓の埋め込み手術後に、再度開胸し筋芽細胞と骨髄細胞を心壁の多数箇所（例えば６０カ所）に注射にて打ち込んでいく等の方法がある。
【０００５】
前者は開胸を行わないので侵襲が少ないという利点があるが、心筋梗塞を起こした部位に細胞を集中させることは難しい。一方、後者は開胸によって細胞の注入を行うので、比較的離れた心壁に注射してから分泌された増殖因子が梗塞部位にしみこむため、効果的である。しかし、後者の方法も、梗塞部位に細胞を十分集中させている訳ではない。また、開胸を必要とするので侵襲の程度が大きいのが短所でもある。
【０００６】
なお、補助人工心臓の埋め込み時に細胞の注入を行うことができれば、梗塞部位に直接注射ができる。しかしながら、細胞の培養には数週間かかること、実際には予期しないタイミングで急に補助人工心臓を埋め込まなければならないことが多いことから、補助人工心臓の埋め込みと同時に細胞の注入を行うことは難しい。非特許文献１には磁気浮上式ポンプを有する人工心臓に関する記載がある。
【非特許文献１】野尻知里，日本外科学会雑誌，第１０３巻，第９号，ｐｐ６０７−６１０，２００２．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
よって、補助人工心臓埋め込み手術後は開胸不要で、且つ、梗塞部位に細胞を集中させることができる補助人工心臓が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を実現するために、本発明は、心臓の活動を補助する心臓アシストシステムにおいて、心臓と接続し心臓の活動を補助する心臓活動補助部と、心臓表面に固定される電磁石と、前記心臓活動補助部と前記電磁石とに電気的に接続し、前記心臓活動補助部と前記電磁石を制御するコントローラと、を有する心臓アシストシステムを提供するものである。そして、本発明の心臓アシストシステムにおいて、上記の電磁石は、磁性を有するカプセルを体内の所定部に誘導した後に、これを破壊することができるようになっている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の補助人工心臓によれば、開胸を行わずに心筋再生に必要な細胞を十分な密度で梗塞部位に注入することができる。また、心筋再生後に補助人工心臓をはずすことができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明においては、心臓活動補助部と共に梗塞部位に電磁石を貼り付けることが、構造的な特徴となっている。これによって磁性を有するカプセルを使用して心筋再生に有効な細胞を所望の領域に集中させることができる。またカプセルに薬剤を封入すれば効果的な投薬治療を行うことができる。
本発明の実施の形態例（以下、「本例」という）としての、心臓アシストシステムの説明、カプセル誘導方法の説明、および治療への効果を説明する。
【００１１】
（補助人工心臓）
まず、本例の心臓アシストシステムについて図１〜３を用いて説明する。本例では心臓アシストシステムとして補助人工心臓を想定する。図１は左心補助人工心臓の模式的な図である。概略的に血液の流れを説明すると、肺でガス交換が行われ酸素を含んだ血液が、肺静脈から左心房１４に流入する。次に、左心房１４から左心室１１に入った血液が、大動脈１２へ押し出される。その後全身を環流した血液が、大静脈１７から右心房１６に流入する。そして、右心房１６から右心室１５に入った血液が、肺動脈へ押し出される。
【００１２】
上述したように、心臓は全身へ血液を送るポンプである。しかし、心筋梗塞などでこの機能が低下した場合、血液の循環が悪くなる。このため、心筋梗塞などで心臓の機能が低下した場合には、心臓を補助するように左心室１１と大動脈１２の間にポンプ２１を設置する。これによって、左心室１１が全身へ血液を送り出す心臓の機能を補うことができる。
【００１３】
図２は、本例において、梗塞部位２６を有する心臓１０に補助人工心臓を取り付けた状態を示した全体図である。図示したように梗塞部位２６が左心室１１にできていると仮定する。このような梗塞部位２６があると、血液を押し出す心臓１０の力が弱くなるので、左心室１１から大動脈１２へ血液を送るポンプ２１（心臓活動補助部）を設置してこれを補助するようにしている。これによって心臓１０が全身へ血液を送る機能を正常状態にすることができる。
【００１４】
補助人工心臓２０は、ポンプ２１と、血液が流れる管であるコンディット（接続管）２２とを有している。該コンディット２２は左心室１１と大動脈１２に接続している。コンディット２２は左心室１１の心壁、及び大動脈１２の血管に開口部を設けて取り付ける。つまりコンディット２２は血管と同様に血液を流すための管である。
【００１５】
本例では、さらに梗塞部位２６に電磁石２５を設置して心筋再生に有効な細胞を封入したカプセル４１を、磁界の作用により梗塞部位２６に誘導するようにしている。
図３はこの補助人工心臓２０と共に、電磁石２５を設置した状態を示した全体図である。図示したようにコンディット２２の周辺に電磁石２５を設置する。図３では電磁石２５は３つ設置されているが、電磁石２５の数は、梗塞部位２６を覆うことができる数であれば、特に限定されるものではない。
【００１６】
電磁石２５の設置には、例えば電磁石２５をシート２４に取り付けて、シート２４と電磁石２５が一体化したものを心臓１０の表面に貼り付ける。シートには例えば不織布などを使用することができる。またネットを用いて電磁石２５を固定することもできる。また電磁石２５に医療用の接着剤などを塗布して貼り付けるようにしても良い。
【００１７】
つまり詳細は後述するが、電磁石２５は磁性を有するカプセル４１を磁力によって引き寄せて、その場でカプセルを破壊して細胞や薬品を所望の領域に放出することができればよい。したがって、電磁石２５の取り付け方は本例に限定されるものではない。
【００１８】
また、上述したように、本例では、カプセル誘導用の電磁石２５をシート２４と共に梗塞部位２６に貼り付けるようにしており、３個の電磁石２５が直列に接続されている。よって、ケーブル２３は２本（つまりプラス、マイナスのケーブル）が電磁石２５とポンプ２１の間を接続している。ポンプ２１とコントローラ３１を接続するケーブル２７は体内から表面を貫通して外部に延長している。つまり、ケーブル２３が通る開口部２８を体表面に形成する。この開口部２８を通じて、カプセル誘導用の電磁石２５のケーブル２３が体外に引き出され、直流、交流電流を発生させるコントローラ３１と接続する。
【００１９】
図４は、補助人工心臓２０を人体に取り付けた状態の概略的な図である。ポンプ２１はポンプ入り口とつながるコンディット２２と、ポンプ出口とつながるコンディット２２を通じて心臓１０と接続している。また、ケーブル２７を介して携帯型コントローラ３１と接続される。また携帯型コントローラ３１は電力を供給する電源３２と接続する。図４の例では電源３２は２つ接続している。
【００２０】
（カプセル誘導）
次に、このような補助人工心臓２０を用いて梗塞部位２６にマイクロカプセル４１を送る方法を説明する。マイクロカプセル４１は、図５に示したような球殻状の形状が一般的である。この球殻の内部の空間には、例えば骨髄細胞のような心筋の再生に有効な細胞４２が封入されている。カプセル４１の材料としては、人体に無害であって、且つ磁性を有する、例えば酸化鉄等の材料が使用される。また、カプセル４１の大きさは直径が１００〜５０００ｎｍである。カプセルに封入する細胞４２には、例えば腰骨から骨髄を採取し、骨髄細胞を分離した細胞が使用される。この細胞を培養することが好ましい。
【００２１】
骨髄細胞が封入されたカプセル４１は、カテーテル４３等を用いて、梗塞部位２６に直接送る。カテーテル４３は通常使用するものでよい。心筋梗塞の場合は、カテーテル４３は上半身または下半身の動脈から挿入し、大動脈１２を経由して冠状動脈１９に到達する。その後注射器４４からマイクロカプセル４１を注入する。
【００２２】
カテーテルを挿入した状態を図６、７、８に示した。図６は本例において、カテーテル４３を挿入した状態の全体的な図である。図７は本例において、カテーテル４３が冠状動脈１９（図７では左冠状動脈１９ａ）に到達し、カプセルを放出したときの状態を示す部分断面図である。図８は本例において、カテーテルが冠状動脈１９に到達し、カプセルを放出したときの模式的な図である。カプセル４１はカテーテル４３を通って冠状動脈１９で放出され、さらに分岐した血管を通じて左心室１１の梗塞部位２６付近に放出される。このとき電磁石２５に直流電流を流すと、電磁石２５の磁界によりカプセル４１が引き寄せられ、梗塞部位２６に集まる。
【００２３】
梗塞部位２６にカプセル４１が集まると、電磁石２５に交流電流またはパルス状の電流を流すことによってカプセル４１を破壊する。これによってカプセル４１内の細胞４２が外に放出され、梗塞部位２６に細胞４２を効率よく定着させることができる。このようにカプセル４１を破壊することによって、封入されている骨髄細胞４２が梗塞部位２６周辺に放出される。これによって心筋の再生が行われる。
【００２４】
治療の際には、カテーテル４３の開口端が梗塞部位２６周辺に到達することが好ましいが、実際は困難である。しかし、本発明においては、電磁石２５の磁界によりカプセル４１を誘導し、梗塞部位２６に集めることができる。これにより、補助人工心臓２０と電磁石２５を埋め込んだ後は、非侵襲で適切な治療を行うことができる。またこのような治療は何回も行うことができるため、心筋の回復の状態を見ながら、注入する骨髄細胞の量を調節することができる。また、本例ではカプセルに封入する材料として骨髄細胞を想定したが、骨髄細胞に限らず他に有効な細胞または他の薬剤等でもよいことは言うまでもない。
【００２５】
（治療への効果）
次に具体的な治療方法を説明する。治療方法は次の通りである。
（１）補助人工心臓２０の埋め込み時に、カプセル４１を誘導する電磁石２５を梗塞部位２６に貼り付ける。
（２）心筋再生に有効な細胞（例えば骨髄細胞）を培養する。
（３）培養した細胞４２をカプセル４１に封入する。このカプセル４１は磁性を有しており、直流磁界によって移動させることができる。またカプセル４１の材料は、酸化鉄ナノ粒子を含むポリマーを使用することができる。酸化鉄は生体に無害であり、ポリマーも生体に無害な種類を選ぶことが好ましい。また、カプセル４１の大きさは１００〜５０００ｎｍである。
【００２６】
（４）カテーテル４３を用いて梗塞部位２６近傍にカプセル４１を放出する。その後、カプセル４１の誘導用の電磁石２５に直流電流を流すことによって梗塞部位２６へカプセル４１を移動させる。さらに電磁石２５に交流電流またはパルス状の電流を流すことでカプセル４１を破壊する。
（５）心筋の回復の程度にしたがって、（４）を複数回行う。
（６）補助人工心臓２０を止められるほどに、心臓１０の機能が改善した時点で、開胸しカプセル４１の誘導用の電磁石２５を含め補助人工心臓２０を取り外す。
【００２７】
なお、本例では配線数を減らすためカプセル４１の誘導用の電磁石２５を直列接続にしたが、電磁石２５を並列接続にしても良い。この場合、断線等による信頼性の低下を防ぐことができる。
【００２８】
補助人工心臓２０には、ポンプ２１に磁気軸受等の磁力を利用するタイプの装置がある。カプセル４１は磁性を有しているが、磁化率が小さい場合は血流によって流されるので、ポンプ２１の磁力に捉えられポンプ２１内に残留することはない。
【００２９】
磁化率が大きくカプセル４１が残留する可能性がある場合は、カプセル４１の誘導用の電磁石２５によって、常に直流磁界を発生させることにより、補助人工心臓２０内に入らないようにすることができる。または、ポンプ２１の入り口とつながるコンディット２２に永久磁石２９を設置することで、補助人工心臓２０の入り口の手前でカプセル４１をトラップすることもできる。よって、カプセル４１がポンプ２１内に入り故障の原因となることを防止することができる。
【００３０】
上記実施の形態例は心臓アシストシステムとして補助人工心臓を想定したが、補助人工心臓だけでなく、例えば埋込型除細動器に対しても適用できる。つまり、電磁石２５と埋込型除細動器をケーブル２３で接続することによって磁性を有するカプセルを誘導し、破壊することができる。この場合、心臓活動補助部は心臓表面に貼り付ける電極となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例における左心補助人工心臓の模式的な図である。
【図２】本発明の実施例において、梗塞部位を有する心臓に補助人工心臓を取り付けた全体図である。
【図３】本発明の実施例において、補助人工心臓と共に電磁石を設置した状態を示した全体図である。
【図４】本発明の実施例において、補助人工心臓及び電磁石を人体に取り付けた状態の概略図である。
【図５】本発明の実施例において、細胞を封入したカプセルの部分断面図である。
【図６】本発明の実施例において、カテーテルを挿入した状態の全体図である。
【図７】本発明の実施例において、カテーテルが冠状動脈に到達し、カプセルを放出したときの状態を示す全体的な図である。
【図８】本発明の実施例において、カテーテルが冠状動脈に到達し、カプセルを放出したときの模式的な図である。
【図９】本発明の実施例において、ポンプの入り口に永久磁石を設置した状態の概略図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０・・・心臓、１１・・・左心室、１２・・・大動脈、２１・・・ポンプ、２２・・・コンディット、４１・・・カプセル、４２・・・細胞

【特許請求の範囲】
【請求項１】
心臓の活動を補助する心臓アシストシステムにおいて、
心臓と接続し心臓の活動を補助する心臓活動補助部と、
心臓表面に固定される電磁石と、
前記心臓活動補助部と前記電磁石とに電気的に接続し、前記心臓活動補助部と前記電磁石を制御するコントローラと、
を有する心臓アシストシステム。
【請求項２】
前記心臓活動補助部は、体内に埋め込むポンプであることを特徴とする請求項１に記載の心臓アシストシステム。
【請求項３】
前記コントローラは、直流電圧又は交流電圧を前記電磁石に印加することを特徴とする請求項１に記載の心臓アシストシステム。
【請求項４】
前記コントローラは、体外に設置することを特徴とする請求項１に記載の心臓アシストシステム。
【請求項５】
前記電磁石は、磁性を有するカプセルを体内の梗塞部位に誘導し、これを破壊することを特徴とする請求項１に記載の心臓アシストシステム。
【請求項６】
前記カプセルには、骨髄細胞または筋芽細胞を封入することを特徴とする請求項６に記載の心臓アシストシステム。
【請求項７】
前記ポンプの入り口に、該入り口で前記カプセルをトラップするための永久磁石を設置することを特徴とする請求項２に記載の心臓アシストシステム。

【図１】