研究室VOICE ナノ技術で血栓のできない人工血管に挑む

ナノサイズの工学的技術を医療（メディシン）に応用しています。ちなみに、ポケモンのソーナノとは無関係です。

１㎚（ナノメートル）は１ｍ（メートル）の１０億分の１です。桁が大きくイメージしづらいかもしれませんが、１ｍの１０００分の１が１ｍｍ（ミリメートル）、１ｍｍの１０００分の１が１㎛（マイクロメートル）、１㎛の１０００分の１が１㎚になります（図１）。

私の研究室では、血栓のできない人工血管を作ることを目的として、直径がナノからマイクロサイズの超極細の糸を使う研究に取り組んでいます。現在はその糸で網目状のマットを作り、さまざまな形態や加工法による違いから性能を比較しています。

動脈硬化の治療などで広く使われています。ダメージを受けた血管を切除して置き換える方法と血管の内側に挿入する方法があります。しかし、現在使われている人工血管の課題として、表面に血液が付着して血の塊（血ぺい）ができることが挙げられます。塊がはがれて血管が詰まると、心筋梗塞（こうそく）や脳梗塞になるリスクがあります。その予防として、人工血管を体内に入れたら、血をサラサラにする薬を飲み続けなければなりません。つまり、出血しやすくなったり血が止まりにくくなったりするリスクを抱えることになります。

血管の構造に理由があります。血管は「外膜・中膜・内膜」という３つの層から成り、内膜は内皮細胞でできています（図２）。内皮細胞があることで、血液は固まらずにサラサラ流れています。私は人工血管の表面を内皮細胞で覆うことができないかと考えて、細胞がくぐり抜けられる網目にすればよいと思いついたのです（図３）。ちなみに、細胞の形は一定ではなく、ポケモンに例えると、メタモンやベトベターのように形を柔軟に変えながら移動することができます。

いいえ。ポリウレタンやポリエステルなど、既に人工血管などの手術で使われている素材を使います。困っている人に１日も早く届けられることを優先して、安全性が既に確認されている材料を使います。

「エレクトロスピニング(電界紡糸)」という技術を使います。シリンダーにポリウレタンやポリエステルなどの溶液（ポリマー溶液）を入れて高電圧をかけると、ノズルの先から「ナノファイバー（微細繊維）」を生成できます。生成するところを実際に見てもらいましょう（写真１・２、図４、動画）

糸の太さは溶液の濃度によって変わります。濃いほど太く、薄くすると糸にならず粒（ビーズ）が混ざります（図５）。現在は、溶液の濃度や電圧、糸を吹き付ける距離など、さまざまに条件を変えて実験を繰り返しています。完成したナノファイバーのマットを使い、厚みの違いによる細胞の移動の様子も比較しました（図６）。

現在使われている人工血管は直径３ｍｍ以上です。細い管は血が詰まりやすいので、３ｍｍより小さな管の実用化は難しいのです。超極細糸で作る血栓のできない人工血管なら、脳の血管や心臓の筋肉を通る細い血管としても使うことができます。

研究は「宝探し」のようだと感じます。「うまくいくのか」は、やってみなければ分かりません。そもそも、うまくいく保証なんてどこにもありません。だから、難しくて面白いのではないでしょうか。特に、工学と医療の融合分野は比較的新しいので、「やってみたらうまくいく」ことがまだまだあると思っています。まるで、宝がたくさん眠っている宝島のようなものです。金属探知機を使うのか？　いにしえの古文書を読み解くのか？　最新のＡＩで予測させるのか？　どうすれば良いかを探すプロセスにパズル的な面白さを感じています。たくさん宝をゲットして、多くの人の健康につなげていきたいと思っています。