超小型で耐久性のあるECMOシステムの前臨床生体適合性試験を2週間の慢性動物実験で行いました

Preclinical biocompatibility study of ultra-compact durable ECMO system in chronic animal experiments for 2 weeks.

• Daichi Akiyama
• Nobumasa Katagiri
• Toshihide Mizuno
• Tomonori Tsukiya
• Yoshiaki Takewa
• Eisuke Tatsumi

抄録

ECMO分野ではイノベーションが起きていますが、多くの問題が解決されていません。主な問題の一つは、長期耐久性と生体適合性に関するものである。また、システムの大きさ、重量、装置の複雑さなどの問題もあります。前者の問題については、これまでに、超小型の流体浮上式遠心ポンプ（BIOFLOAT-NCVC）、中空ポリオレフィン繊維を用いた膜酸素化装置（BIOCUBE-NCVC）、ヘパリン結合材で処理した回路（T-NCVCコーティング）からなるECMOシステムを開発し、30日間のヘパリンフリー駆動の動物実験を3例報告してきた。後者の問題については、これらの素子を温度、圧力、SvOのセンサーと血流のセンサーでコンパクトなシステムに集約した。設置面積は595cm、重量は8.9kg、酸素カセットを装着した場合の重量は8.9kgであり、電池は少なくとも1時間は持ちます。このシステムの生体適合性を評価するために、このECMOは4匹のヤギに設置されました。予定期間は14日間であった。2週間のヘパリン投与なしの実験を除き、ヘパリンを継続的に投与し、ACTを150～200sの間でコントロールした。4頭のヤギはすべて予定終了まで生存していた。ECMO中のポンプと酸素供給装置の機能は安定していた。明らかな有害事象は観察されなかった。1週間後の臨床検査値はすべて正常範囲であった。腎臓に小梗塞が認められたが、臨床的に有意なものではなかった。ポンプシステムに血栓は認められなかった。酸素供給装置は血栓形成が少なかった以外は非常に清潔であったが，ヘパリンを含まない検査では良好な清潔さが確認された．本研究では、ヘパリン処理を施した超小型で耐久性のあるECMOシステムの良好な抗血栓性が明らかになった。本システムは、覚醒・抜管管理、リハビリテーション、病院間移動、病院前のECMOの開始を促進するものである。

Although the innovation has come in ECMO field, many problems remain unresolved. One of the main problems is about long-term durability and biocompatibility. Another is the system's size, weight, and its complicated equipment. For the former problem, we have previously developed ECMO system which consists of a tiny, hydrodynamically levitated centrifugal pump (BIOFLOAT-NCVC), a membrane oxygenator with hollow polyolefin fibers (BIOCUBE-NCVC), and the circuit treated with a heparin-bonding material (T-NCVC coating), and reported three cases of animal experiments for 30-day heparin-free drive. For the latter problem, we have integrated these elements to the compact system with sensors of temperature, pressure, and SvO, and blood flow. Its installation area is 595 cm, weighs 8.9 kg with attachable oxygen cassette, and battery which could last an hour at least. To evaluate the biocompatibility of this system, this ECMO was installed in four goats. Scheduled duration was 14 days. Heparin was continuously infused to control their ACT between 150 and 200 s except one 2-week experiment without systemic heparinization. All of the four goats survived till the scheduled termination. Function of the pump and the oxygenator during ECMO was stable. No obvious adverse events were observed. All lab data were of normal range after 1 week. Small infarctions were found at kidneys, but they were not clinically significant. No thrombus was found in the pump system. The oxygenators were extremely clean except a little thrombus formation; while, the heparin-free examination revealed acceptable cleanliness. The present study revealed good anti-thrombogenicity of this ultra-compact durable ECMO system with heparinization. Our system encourages awake and extubated management, rehabilitation, inter-hospital transfer, and prehospital initiation of ECMO.