体外膜型人工肺（ECMO）のような血液再循環医療機器は、体外生命維持装置（ECLS）とも呼ばれ、現代の医療において重要な役割を果たし、重度の心不全や呼吸不全に陥った患者に救命支援を提供しています。かつては最後の手段と考えられていたECMOは、高度な集中治療の基盤へと進化し、複雑な病態を抱える患者に生存だけでなく、より良い生活の質（QOL）をもたらしています。
ECMOは、緊急を要する患者にとって希望の光であり、近年のイノベーションは、この技術をより高い安全性、効率性、そして適応性を特徴とする新たな時代へと押し進めています。酸素化装置の設計、ポンプ技術、システムの小型化、そしてリアルタイムモニタリングにおける画期的な進歩は、ECMOの臨床性能を大幅に向上させています。これらの進歩は、救命介入に対する高まる需要に対応し、絶えず変化する集中治療医療の環境に適応するために不可欠です。
標準的なECMOシステムは、システムユニット、血液駆動ポンプ、使い捨て消耗品（膜型人工肺、ポンプヘッド、カニューラ、血液回路、各種コネクタ）、温度制御システム、空気酸素混合装置、モニタリング機器（圧力、温度、血中酸素飽和度センサー）など、複数の主要コンポーネントで構成されています。これらのコンポーネントが一体となって、重篤な疾患において生命維持を可能にする高度なサポートシステムの基盤を形成しています。技術の進歩に伴い、体外式膜型人工肺システムはよりコンパクトで使いやすく、効率性も向上し、患者ケアと転帰に新たな可能性をもたらしています。
規制要件への対応：体外式膜型人工肺（ECMO）装置の血栓形成性および血液適合性試験
血栓塞栓症は体外膜型人工肺の使用に伴う深刻な合併症であり、治療中および治療後の包括的な前臨床血栓形成性検査の重要性を強調しています。 ビトロ および インビボの 評価。さらに、機械的溶血の評価は血液適合性試験の重要な要素であり、ECMOシステムの安全性と血液接触環境への適合性を保証するのに役立ちます。規制当局の承認を支援するため、国際標準化機構（ISO）によって策定された確立されたガイドラインでは、血栓形成性と溶血性に関する必要な前臨床評価の概要が示されています。これらの試験はすべて、科学的誠実性と規制遵守を確保するために、優良試験所基準（GLP）に準拠する必要があります。
一方、 ビトロ 検査は血液と物質の相互作用（血栓症や赤血球損傷に関連する潜在的なリスクなど）の早期スクリーニングには有用であるが、血液との接触への長期、反復、または永続的な曝露の結果を完全に予測することはできない可能性がある。したがって、前臨床 インビボの 適切な動物モデルを用いた研究は不可欠です。これらの研究は、新興ECMO技術の安全性と生物学的適合性を評価するだけでなく、臨床現場における患者の安全確保に不可欠な有効性と血行動態への影響を評価する上でも極めて重要です。
これらの包括的な評価は、規制申請の基礎となり、次世代 ECMO 技術をコンセプトから臨床使用まで進化させる上で不可欠です。
体外式膜型人工肺（ECMO）装置の生体内モデル選択
適切なものを選択する インビボの モデルの選択は、体外膜型人工肺システムの評価を成功させる上で極めて重要なステップです。モデルの選択にあたっては、解剖学的および生理学的なヒトへの適合性、前臨床環境での使いやすさなど、いくつかの重要な要素を考慮する必要があります。モデルは、臨床で使用するカテーテルと互換性のある血管サイズを持ち、血流量は臨床ECMO使用時に予想されるものと一致する必要があります。さらに、下流の解剖学的構造と血管構造は、実際の状態を正確にシミュレートするために、ヒトの解剖学的構造に非常に類似している必要があります。血栓形成と溶血はこれらの評価における重要なエンドポイントであるため、モデルがヒトと同様の血液学的、生化学、および凝固経路を示すことが不可欠です。もう1つの重要な考慮事項は、適切な獣医学的ケアの必要性です。さらに、モデルは評価中に必要な制限された動きに適応でき、シミュレートされた状態が臨床ECMOアプリケーションで見られる機能的制限を厳密に反映していることを保証する必要があります。
体外膜型人工肺（ECMO）装置の研究デザイン
体外膜型人工肺（ECMO）装置は複雑であり、血流や内臓と直接的または間接的に接触するため、生体適合性試験は不可欠です。したがって、ECMO装置の前臨床試験の設計は、ISO 10993シリーズ（医療機器の生物学的評価）や米国食品医薬品局（FDA）の市販前通知510(k)プロセスなど、包括的なガイドラインに準拠する必要があります。これにより、試験が装置の意図された臨床使用を厳密に再現することが保証されます。重要な側面としては、低流量と高流量の両方をブラケットで囲むこと、および臨床シナリオを正確に模倣するために適切なカニューレ挿入部位を選択することが挙げられます。また、既存のプレディケート装置との比較を含めることも一般的であり、これにより、以前に承認された製品に対するベンチマークが可能になります。試験では、流量、酸素化、体温調節、その他の動作パラメータなどの装置性能指標を含む、いくつかの重要なエンドポイントに焦点を当てる必要があります。さらに、血栓形成能と溶血も評価すべき重要な側面です。試験完了後、エンドポイントには通常、デバイス内の血栓形成の評価、デバイス構成部品の肉眼的検査、臨床病理学的検査および組織病理学的検査が含まれます。特に、血栓塞栓症の発生を同定することに重点を置き、植込み部位および下流臓器には特別な注意を払う必要があります。主要なエンドポイントは下表にまとめられています。
| エンドポイント | アセスメント |
| 血栓形成性/安全性 | ヘマトクリット、赤血球数、血小板の血液分析 |
| 抗凝固静脈インプラント（AVI）モデルスコアリングシステムに従った血栓形成スコアを使用したデバイスの血栓の肉眼的肉眼的検査 | |
| 血栓または血栓塞栓症の有無を調べるために、下流臓器（肺、心臓、気管支リンパ節、肝臓、脾臓、副腎、腎臓、脳）の肉眼的（剖検）および顕微鏡的（組織病理学）検査を行う。 | |
| 溶血 | 遊離血漿ヘモグロビン濃度測定 |
| 機能的（デバイス）摩耗/パフォーマンス | 目標血流量を得るのに十分である：低流量（例：0.5～2L/分）と高流量（例：4～7L/分）の両方を検査することができる。酸素化装置血液入口および出口の酸素飽和度（sO2）と二酸化炭素分圧（pCO2) |
| 機械（装置）の故障 | 酸素化装置、ポンプヘッドシステム、コンソールの寿命観察 |
新型ECMOシステムを評価するには、適切な前臨床研究室を選定することが極めて重要であり、その能力と経験を慎重に検討する必要があります。研究室には、確立されたモデルシステム、熟練した灌流専門医、経験豊富な外科医、そして専任の研究・動物ケアチームなど、堅牢なインフラストラクチャが整備されている必要があります。さらに、規制当局の承認に不可欠なGLP遵守を確保するために、厳格な品質保証（QA）プログラムを維持する必要があります。包括的な研究支援のためには、院内に臨床病理学および解剖病理学サービスがあることも重要です。研究室には、体外式膜型人工肺（ECMO）研究の成功実績があり、個々のECMOシステムコンポーネントとECMOシステム全体の評価経験が必要です。これには、初期の実行可能性試験とGLP準拠の慢性安全性試験に関する専門知識が含まれます。ECMO研究の複雑さを考えると、周術期および術後ケアは非常に重要です。最適なケアと正確な研究結果を保証するために、スタッフはこれらの集中治療研究の管理について高度な訓練を受け、経験を積んでいる必要があります。
よくある質問（FAQ）
ECMO デバイスの開発における前臨床 ECMO 研究の重要性は何ですか?
前臨床ECMO試験において、臨床条件をシミュレーションすることは、ECMOシステムが実際の患者様のような状況下で期待通りに機能することを保証するために不可欠です。ヒトの血流量、血管サイズ、カニューレ挿入部位を再現することで、臨床環境におけるシステムの挙動をより正確に予測できます。このシミュレーションは、ヒト試験開始前に、血栓症、溶血、デバイスの故障などの潜在的な合併症を特定するのに役立ちます。これにより、あらゆるリスクを確実に評価し、デバイスの改善と規制当局の承認取得の両方に役立つ貴重なデータが得られます。
前臨床 ECMO 研究に適した動物モデルを選択する際の課題は何ですか?
前臨床ECMO研究に適した動物モデルの選択には、いくつかの課題があります。モデルは、血流量、血管サイズ、凝固経路など、ヒトの解剖学的構造と生理学的構造を厳密に模倣する必要があります。豚や羊のモデルは、ヒトと心血管系が類似していることから一般的に使用されていますが、これらの種であっても、サイズ、健康状態、遺伝的要因の違いが研究結果に影響を及ぼす可能性があります。さらに、モデルはECMOによる長期間の持続的なサポートに耐えることができ、短期および長期のデバイス性能に関する正確なデータを提供できる必要があります。これらの要素のバランスをとることは、研究結果の信頼性を高め、ヒトの臨床使用に容易に移行できるようにするために不可欠です。
前臨床 ECMO 研究において血栓形成はどのような役割を果たし、どのように評価されますか?
血栓形成性は、体外膜型人工肺（ECMO）の前臨床研究における重要な評価項目です。これは、塞栓症やデバイス故障などの重篤な合併症につながる可能性のある血栓形成を誘発するデバイスの可能性を評価するためです。血栓形成性は、in vivoおよびin vitroの両方の方法で評価され、ECMO回路内の血栓形成に重点が置かれます。研究者は、通常、直接観察によってデバイス内の血栓の存在をモニタリングし、血液凝固マーカーを測定します。ECMO回路および下流臓器の組織病理学的検査を実施し、血栓塞栓症の発生の有無を確認します。血栓形成性を評価することで、ECMOシステムの長期使用における安全性と、患者への過度のリスクの低減が確保されます。
前臨床 ECMO 研究では、長期間のデバイス使用の安全性をどのように確保するのでしょうか?
ECMOデバイスの長期使用における安全性を確保するため、前臨床試験には、ECMOによる長期間のサポートをシミュレートした慢性安全性評価が含まれます。これらの試験では、臨床シナリオを反映した条件下で、数日、数週間、さらには数か月にわたってデバイスの性能を検証します。抗凝固作用、血行動態、臓器機能といった重要な側面は継続的にモニタリングされます。動物は集中的な周術期ケアを受け、システム圧、酸素化レベル、デバイスの機能といった主要なパラメータを24時間7日モニタリングします。この包括的なモニタリングにより、研究者は血液凝固やデバイスの故障などの合併症の早期兆候を特定し、ECMOシステムがヒトにおける長期使用においても安全であることを確認できます。
前臨床 ECMO 研究は規制承認プロセスにどのように貢献しますか?
前臨床ECMO試験は、ECMOデバイスの安全性、性能、生体適合性を実証するために必要なデータを提供するため、規制当局の承認プロセスの基礎となります。米国FDA（食品医薬品局）や欧州医薬品庁（EMA）などの規制当局は、デバイスのリスクプロファイルと有効性を評価するために、これらの試験から得られる堅牢なデータを要求しています。前臨床試験では、ISO 10993-4:2017などの国際規格に準拠し、血栓形成性、溶血性、血行動態安定性といった主要な要因を評価します。このデータは、デバイスの設計および試験手順に関する詳細な報告書とともに、承認申請書類の提出に不可欠です。最終的に、これらの試験は、ECMOデバイスがヒト臨床試験に進む前に必要な安全基準を満たしていることを確認するのに役立ちます。
NAMSA を選ぶ理由
At NAMSA ディースト、私たちは実施した インビボの ISO 10993-4:2017およびFDAガイドラインに準拠した前臨床ECMO研究において、静脈動脈（VA）法と静脈静脈（VV）法の両方を用いています。経験豊富な科学者兼灌流医であるパトリック・ウィアーウィンド博士と共同で、効率的な取り扱い、容易なサンプリング、そして覚醒動物における確実な固定を可能にする慢性ECMOモデルを開発・最適化しました。このモデルは、動物が自由に動き回り、同種の動物と交流することを可能にするため、より自然な環境を実現します。
長年にわたり、私たちは研究デザインと成果の最適化だけでなく、動物福祉の向上にも尽力し、数多くの改善を行ってきました。私たちの取り組みの重要な側面は、長期研究の成功に不可欠な包括的な周術期治療・ケアシステムの確立です。これには、24時間体制の抗凝固療法と血行動態モニタリングを備えた専用の集中治療室が含まれます。
2016年以降、私たちは26件のECMO前臨床研究を成功裏に完了しました。その内容は、実現可能性評価から、規制当局の承認に必要な慢性安全性および血栓形成性試験まで多岐にわたります。これらの研究では、アジア、ヨーロッパ、米国の医療技術企業向けに、カニューラ、酸素化装置、センサー、そしてECMOシステム全体の試験を実施しました。私たちは、ECMO分野における継続的なイノベーションと技術進歩への専門知識と貢献に大きな誇りを持っています。
