Research Projects -
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Clinical implication of Heart transplantation from Marginal Donor and Donation after Cardiac Death
2022.05 - 2025.03
AMED
小谷恭弘, 笠原真悟, 廣田真規, 黒子洋介, 小野 稔
Authorship：Principal investigator
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先天性心疾患術後の二次性三尖弁閉鎖不全症の手術適応決定のためのエビデンス創出
Grant number：24K11191 2024.04 - 2027.03
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
杜 徳尚, 石津 智子, 赤木 禎治, 笠原 真悟, 椎名 由美, 建部 俊介, 小谷 恭弘
Grant amount：\4550000 （ Direct expense: \3500000 、 Indirect expense：\1050000 ）
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Exploration of Therapeutic Targets for the Prevention of Pulmonary Vein Stenosis Following Surgical Repair of Total Anomalous Pulmonary Venous Connection
Grant number：24K11974 2024.04 - 2027.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
枝木 大治, 野村 征太郎, 藤井 泰宏, 清水 秀二, 笠原 真悟, 小谷 恭弘
Grant amount：\4680000 （ Direct expense: \3600000 、 Indirect expense：\1080000 ）
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Identification of the gene responsible for transposition of the great arteries
Grant number：24K11975 2024.04 - 2027.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
加藤 源太郎, 中谷 明弘, 山崎 悟, 清水 秀二, 鈴木 浩之, 小谷 恭弘
Grant amount：\4550000 （ Direct expense: \3500000 、 Indirect expense：\1050000 ）
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フォンタン循環不全に対する最適な左心補助循環の検討
Grant number：24K12155 2024.04 - 2027.03
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
小谷 恭弘, 黒子 洋介, 朔 啓太, 清水 秀二, 笠原 真悟
Grant amount：\4420000 （ Direct expense: \3400000 、 Indirect expense：\1020000 ）
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Cause analysis of TAPVC generation using whole-genome analysis by next-generation sequencer
Grant number：23K08235 2023.04 - 2027.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
辻 龍典, 野村 征太郎, 藤井 泰宏, 清水 秀二, 笠原 真悟, 小谷 恭弘
Grant amount：\4810000 （ Direct expense: \3700000 、 Indirect expense：\1110000 ）
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Development of albumin pre-coating DLC coated artificial vascular graft
Grant number：23K08236 2023.04 - 2027.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
大澤 晋, 藤井 泰宏, 中谷 達行, 逢坂 大樹, 笠原 真悟, 小谷 恭弘
Grant amount：\4810000 （ Direct expense: \3700000 、 Indirect expense：\1110000 ）
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両心室機能評価装置を搭載した体外式搬送システムによる心停止ドナー心の選別
Grant number：23K11894 2023.04 - 2026.03
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
廣田 真規, 黒子 洋介, 清水 秀二, 笠原 真悟, 小谷 恭弘
Grant amount：\4680000 （ Direct expense: \3600000 、 Indirect expense：\1080000 ）
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アルブミンプレコーティングのDLCコーティング人工血管への影響解析
Grant number：23765664 2023.04 - 2026.03
文部科学省 科学研究費助成事業
大澤 晋, 藤井 泰宏, 中谷 達行, 逢坂 大樹, 笠原 真悟, 小谷 恭弘
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Investigation of gene expression in pulmonary atresia and intact ventricular septum
Grant number：22K08921 2022.04 - 2025.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
木佐森 永理, 小谷 恭弘, 笠原 真悟, 山崎 悟, 清水 秀二, 中谷 明弘
Grant amount：\4160000 （ Direct expense: \3200000 、 Indirect expense：\960000 ）
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Development of a hemodynamic simulator of implantable ventricular assist devices for congenital heart diseases
Grant number：22K12794 2022.04 - 2025.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
清水 秀二, 宍戸 稔聡, 小谷 恭弘
Grant amount：\4290000 （ Direct expense: \3300000 、 Indirect expense：\990000 ）
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心虚血・再灌流時のセロトニン動態への薬理学的介入による心筋細胞傷害軽減
Grant number：22K09182 2022.04 - 2025.03
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
黒子 洋介, 秋山 剛, 小谷 恭弘
Grant amount：\4160000 （ Direct expense: \3200000 、 Indirect expense：\960000 ）
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Force-Length Relationによる単離ヒト心筋細胞の機能評価
Grant number：21K08866 2021.04 - 2024.03
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
小松 弘明, 貝原 恵子, 入部 玄太郎, 小谷 恭弘
Grant amount：\4160000 （ Direct expense: \3200000 、 Indirect expense：\960000 ）
ラットやマウスにおける心筋細胞の単離操作やそれによって得られた単離心筋細胞の力学実験は安定した成績を収めている。我々は先行研究でForce-Length Control Systemによって単一細胞に分解したマウス心筋細胞を直接的に伸展収縮させることでin vitroで負荷非依存性の心機能評価を行うことを可能とした。我々が多く携わる先天性心疾患患者における余剰心筋にこの技術を応用し、細胞レベルで収縮力を解析する実験を行っている。2021年度においてマウスによる心筋細胞の単離・伸展実験の手技の習得と並行し、ヒト心筋細胞での単離・伸展実験を開始した。これまでで5例のヒト心筋細胞を用いた実験を行い、ヒト心筋細胞の単離は行うことができた。今後、ヒト単離心筋細胞を用いた伸展実験を行う予定である。
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Development of an ex-vivo heart perfusion system to monitor pre-transplant cardiac function for a DCD donor heart
Grant number：20K12690 2020.04 - 2023.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
廣田 真規, 黒子 洋介, 清水 秀二, 笠原 真悟, 小谷 恭弘
Grant amount：\4420000 （ Direct expense: \3400000 、 Indirect expense：\1020000 ）
心停止ドナーからの心移植を臨床応用させるためには、移植前にその心臓が移植可能かどうかの判定を行う必要がある。そのため、死体内で心臓のみを蘇生させ、収縮末期圧容積関係（ESPVR）と拡張末期圧容積関係（EDPVR）から、移植前の心機能評価を行った。いかなる薬剤の前投与のない、窒息死後60分経過した心停止ドナー心を、tissue-type plasminogen activator を用いて血栓を溶解させ、調整再潅流を行い、蘇生120分後の心機能評価を行った。蘇生後の収縮能、拡張能は有意に低下していたが、ESPVR とEDPVR から、心拍出量が予測することができた。また、心機能回復の程度をForrester の分類を用いて推測することができた。60分間の常温虚血に暴露された心臓は120分間の回復時間では完全に回復できず、左室拡張末期圧にかかわらず、Forrester のクラスⅢ、Ⅳに分類された。しかし、この評価方法を用いれば、心停止ドナー心の心機能評価により、移植前に移植可能な心臓かどうかの判定ができる可能性が示唆された。
Hirota M, et al. Prediction of functional recovery of 60-min warm ischemia hearts from asphyxiated canine non-heart-beating donors. J Heart Lung Transplant. 2006; 25: 339-44.
心停止ドナーからの心移植を臨床応用には、前投与薬の倫理的問題がある。ヘパリンの前投与がなくても心停止後のtissue-type plasminogen activatorを使用することで、心機能の維持の可能性が示唆された。
Hirota M, et al. Post-mortem tissue-type plasminogen activator preserves graft function of hearts harvested from nonーpretreated non-heart-beating donors. J Heart Lung Transplant. 2010; 29: 888-893. -
単心室症における急性右心不全に対する補助循環の検討
Grant number：20K09266 2020.04 - 2023.03
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
小谷 恭弘, 黒子 洋介, 朔 啓太, 清水 秀二, 笠原 真悟
Grant amount：\4420000 （ Direct expense: \3400000 、 Indirect expense：\1020000 ）
前年度で確立したブタフォンタン循環の右心不全モデルを用いて、補助循環による循環サポートの評価を行った。補助循環は、上大静脈と下大静脈それぞれから脱血した後、遠心ポンプを用いて肺動脈に送血した。完全補助循環（上大静脈と下大静脈、肺動脈を完全に分離する場合）を用いた場合は、対ベースライン（右心不全なし）で96％の心拍出量を得ることができ、中心静脈圧も15mmHgから9mmHgまで低下し、優れたサポートを示した。一方、部分補助循環（上大静脈と下大静脈、肺動脈を完全に分離しない場合）では、心拍出量は対ベースラインで62（50％サポート）から80（100％サポート）%にとどまり、また上大静脈圧は20（50％サポート）から27（100％サポート）mmHgと非生理的値まで上昇した。このことより、フォンタン循環の右心不全モデルにおける補助循環は、完全補助循環が最適であることが分かった。部分補助循環は、100％サポートを行うと80％の心拍出量を確保できるが上大静脈圧が高値となるため、臨床では使用しにくいと考えられた。また50％サポートの部分補助循環は心拍出量は62％であったものの、上大静脈圧は20mmHgと、臨床で使用可能なサポート様式と思われた。
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Development of an ex-vivo heart perfusion system to monitor pre-transplant cardiac function for a DCD donor heart
Grant number：20K12690 2020.04 - 2023.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C) Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
廣田 真規, 黒子 洋介, 清水 秀二, 笠原 真悟, 小谷 恭弘
Grant amount：\4420000 （ Direct expense: \3400000 、 Indirect expense：\1020000 ）
心停止ドナーからの心移植を臨床応用させるためには、移植前にその心臓が移植可能かどうかの判定を行う必要がある。そのため、死体内で心臓のみを蘇生させ、収縮末期圧容積関係（ESPVR）と拡張末期圧容積関係（EDPVR）から、移植前の心機能評価を行った。いかなる薬剤の前投与のない、窒息死後60分経過した心停止ドナー心を、tissue-type plasminogen activator を用いて血栓を溶解させ、調整再潅流を行い、蘇生120分後の心機能評価を行った。蘇生後の収縮能、拡張能は有意に低下していたが、ESPVR とEDPVR から、心拍出量が予測することができた。また、心機能回復の程度をForrester の分類を用いて推測することができた。60分間の常温虚血に暴露された心臓は120分間の回復時間では完全に回復できず、左室拡張末期圧にかかわらず、Forrester のクラスⅢ、Ⅳに分類された。しかし、この評価方法を用いれば、心停止ドナー心の心機能評価により、移植前に移植可能な心臓かどうかの判定ができる可能性が示唆された。
Hirota M, et al. Prediction of functional recovery of 60-min warm ischemia hearts from asphyxiated canine non-heart-beating donors. J Heart Lung Transplant. 2006; 25: 339-44.
心停止ドナーからの心移植を臨床応用には、前投与薬の倫理的問題がある。ヘパリンの前投与がなくても心停止後のtissue-type plasminogen activatorを使用することで、心機能の維持の可能性が示唆された。
Hirota M, et al. Post-mortem tissue-type plasminogen activator preserves graft function of hearts harvested from nonーpretreated non-heart-beating donors. J Heart Lung Transplant. 2010; 29: 888-893. -
単心室症における急性右心不全に対する補助循環の検討
Grant number：20K09266 2020.04 - 2023.03
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C) 基盤研究(C)
小谷 恭弘, 黒子 洋介, 朔 啓太, 清水 秀二, 笠原 真悟
Grant amount：\4420000 （ Direct expense: \3400000 、 Indirect expense：\1020000 ）
急性右心不全に対する補助循環を確立するために、本年度はブタを用いてモデル動物の作成を行なった。
計画では、人工血管を用いて下大静脈からの血流を肺動脈に導く、心内道管型のフォンタン手術を予定していたが、補助循環を確立するにあたり、送脱血の位置や効率の面で問題があると判明したため、心外道管型のフォンタン手術を作成する方針とした。
最初に下大静脈に16mm径の人工血管を端側吻合し、それを主肺動脈と端側吻合した。この人工血管に対して新たな人工血管を端側吻合し、それを上大静脈と端側吻合して、フォンタン手術を完成した。上下静脈を右心房合流部で遮断することによりフォンタン循環に容易に移行することができた。
フォンタン循環移行により、血圧は平均で70から50mmHgへ低下、中心静脈圧は7から15mmHgへ上昇した。二心室からフォンタン循環への急激な移行により、静脈の鬱血及び心拍出量の低下を認め、２時間で循環不全となった。
またこの間、フォンタン循環に対する補助循環のシミュレーションを行なった。具体的には、上下大静脈双方をサポートするモデルと、下大静脈のみをサポートするモデルを作成したが、前者の方が心拍出量の面で優位であった。 -
β3受容体作動薬の心筋虚血再灌流に及ぼす影響
Grant number：19K09417 2019.04 - 2023.03
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
黒子 洋介, 清水 秀二, 笠原 真悟, 小谷 恭弘
Grant amount：\4160000 （ Direct expense: \3200000 、 Indirect expense：\960000 ）
近年アドレナリン受容体の一つであるβ3受容体作動薬が心筋の虚血・再灌流障害に対して保護的に作用するとの報告がある。本研究は心臓マイクロダイアリシス法を用いてin vivoで虚血・再灌流領域における心筋間質のカテコラミンやミオグロビンを測定し、β3受容体作動薬がどのような役割を担うのかを解明するのが目的である。
実験はラットを用いて行う。麻酔下にラットを開胸し心臓表面の冠動脈にスネアをかけて心筋の虚血領域を確認したのち、その部位へマイクロダイアリシスプローベを埋め込む。プローベに灌流液を流し、心筋の虚血再灌流を行い、それぞれの灌流液を測定する。プローベに流す灌流液にβ3受容体作動薬を含むものと含まないものを使用し、その灌流液中のミオグロビンやカテコラミンにどのような違いがみられるかを調べる。
2019年度はミオグロビンの測定に使用するコバスh232を購入し、まずはβ3アドレナリン受容体作動薬を用いない群のラット心筋の虚血再灌流についてミオグロビン測定を行なった。カテコラミンについてはまだ十分な測定はできていないが、岡山大学に新たに高速液体クロマトグラフィーの設備を整え自前で測定できるようにした。まだ研究初年度であり設備の充実と手技の習熟に重点を置いている。 -
Development of a bed-side hemodynamic simulator for complex congenital heart anomaly
Grant number：19K09282 2019.04 - 2023.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
清水 秀二, 宍戸 稔聡, 小谷 恭弘
Grant amount：\4290000 （ Direct expense: \3300000 、 Indirect expense：\990000 ）
シミュレーションの個別化を図る上で最も問題となるのは、患児個々人で異なる解剖学的構造と、心筋収縮性や血管抵抗などの個別のパラメタをいかに推定するかである。
平成３１年度/令和元年度は、複雑心奇形の血行動態を再現できるベットサイド・シミュレータを開発するために、①解剖学的構造の推定、②個別パラメタの推定、③非線形要素の推定に３つの要素について研究を行った。
①解剖学的構造の推定については、循環系を左心房・左心室・右心房・右心室・体血管・肺血管の６つのパーツに分割し、疾患に合わせて配列していくことで、複雑心奇形の解剖学的構造を再現できるモデルを構築した。
②個別パラメタの推定については、心筋収縮性や血管抵抗などの個別パラメタを、心臓カテーテル検査・心エコー検査などのデータから推定し、シミュレータに初期値として入力できるように検討を行った。心筋収縮性は、カテーテル検査での心室圧データと心エコーの心室容積データから推定する方法を検討した。また、血管抵抗は、動脈圧・心房圧と心エコーによる心拍出量データから算出する方法を検討した。動・静脈のキャパシタンスは測定が困難であるため、他のパラメタを設定した後に、圧波形データの近似から推定するアルゴリズムを検討中である。
③非線形要素の推定については、狭窄や短絡（シャント）における圧較差を心エコーでの流速データと心エコー・CTによる構造データから推定する方法を検討した。 -
Development of alleviation of rejection by autologous cardiogenic stem cell from explanted heart
Grant number：15K10216 2015.04 - 2018.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Arai Sadahiko, OH Hidemasa
Grant amount：\4940000 （ Direct expense: \3800000 、 Indirect expense：\1140000 ）
We evaluated effect of autologous cardiogenic stem cell by heterotopic cardiac transplantation model in rat. We observed tendency of prolongation of graft survival and improved cardiac function in data. Further evaluation and statistic analysis are on-going. We analyzed origin of cardiac cell in myocardium. We found mixed existence of myocardial cell and cardiogenic stem cell. At this moment we cannot conclude whether the effect of cardiogenic stem cell is based on regeneration and proliferation of myocardium from stem cell or paracrine function from stem cell by endocrine hormone and chemical mediators and so on. Thus we continue further morphological evaluation of myocardial tissue of transplanted graft, we also considering further evaluations based on hormone/ chmical mediator analysis.
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Heart Transplantation using Ex-vivo Heart Perfusion
Grant number：15K10215 2015.04 - 2018.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
KOTANI YASUHIRO, OH Hidemasa
Grant amount：\4680000 （ Direct expense: \3600000 、 Indirect expense：\1080000 ）
The shortage of donor pool remains a problem in heart transplantation. The alternative donor source is the non-heart beating donor: however, it is still unknown that how the heart function is recovered after the massive insult from the cardiac arrest and this makes difficult to use the heart from the non-heart beating donor. The purpose of this project is to see whether or not the heart is recovered from cardiac death.
We found that the heart can be recovered from cardiac death when the appropriate heart preservation is done by means of controlled reperfusion. Another key finding is that the heart can be evaluated before transplantation by ex-vivo apparatus. The blood test looking at lactate level is found to be a predict marker for adequate recovery. Taken together, our finding suggests that the heart from non-heart beating donor can be used for the heart transplantation when the heart is reperfused with appropriate manner.