https://images.nasa.gov/details-jsc2004e26519
NASAのテクノロジーが命を救う
宇宙機（人工衛星、探査機、宇宙船）の技術は、宇宙だけではなく地上でも使われています。
病気が原因での世界で確認されている最大の死因のひとつに「虚血性心疾患」があります。
虚血性心疾患とありますが、簡単に言うと心臓への血液のめぐりが悪くなったり、詰まったりする障害の総称のことです。
この血流の障害を正すため、スペースシャトルのエンジンポンプに使われている技術が、心臓ポンプ(体内植込み型補助人工心臓)に使用されています。
スペースシャトルの燃料ポンプの技術から生まれた
そもそもの技術はスペースシャトルのメインエンジンの燃料ポンプに開発された技術です。
エンジンポンプ事態も、宇宙用に開発された計算流体力学技術と高度なポンプ技術を使用しています。
この技術を心臓ポンプに応用したのは、NASAのジョンソン宇宙センターのメンバーと、Dr. Michael DeBakey （マイケル・ドベイキー博士）のチームとDavid Saucie（デビッド・ソーシエ）のコラボレーションにより生まれました。
当初心臓ポンプを試作した際に、ポンプの流れが急速に変化し渦が発生することで摩擦が発生し血球が損傷すること、血液凝固を引き起こしてしまう流れが停滞してしまう領域が問題となりました。
この課題を解決のきっかけを作ったのがNASAのエンジニアであるCetin KirisとDochan Kwakでした。彼らの話によると「ロケットエンジンの内部を通る流体の速度は血流よりも速いが、非常に似た部分がある」という話でした。
525,000ガロン(約2000キロリットル)以上の液体水素と液体酸素の詰まった燃料タンクを空にする能力を持った、机程度の大きさのスペースシャトルの燃料ポンプ（ターボポンプ）の技術を、心臓ポンプ用に改造小型化することとなったのです。
NASAの保有しているスーパーコンピューターを利用して、スペースシャトルのエンジンやロケットエンジン内部に流れる燃料と酸化剤の流れをモデル化する計算流体力学技術を利用して、心臓ポンプを通る血液の流れを計算しました。
計算結果から血球の損傷限界を下回るように設計し、血流パターンから血液凝固を引き起こす血液の停滞領域を作らない構造により減少させました。
通常の工業用ポンプの場合は、血液の血球成分が壊れてしまう使用できないのですが、開発された小型のポンプは、115グラム(4オンス)未満の重さで、特殊な内部構造で連続で血液を流し、血液の凝固を防ぐなど、多くのハードルを克服することができました。
※血液の凝固に関しては、従来より改善しているだけで、血液自体が熱で凝固してしまうことから、投薬やさらなる改善が進められています。
日本ではまだ100件未満ですが、アメリカでは3000件未満の心臓移植が行われていますが、それでまだまだ足りないのが現状です。
この心臓ポンプは、日本語では体内植込み型補助人工心臓(VAD: Ventricular Assist Device)と呼ばれ、小型化により体重の小さい患者にも適用でき、心臓移植までのつなぎにとどまらず、心臓移植対象以外にも病気による障害を解決しています。
そして、現在でも、複雑な人体を模擬し、生体適合性やポンプの耐久性向上のために研究が続けられています。
終わりに
宇宙開発の目標の一つは宇宙探査ですが、その技術は宇宙工学以外にもあらゆる分野の技術を集約して開発しています。
複合的な技術が集まっているからこそ、新しい技術が生まれ、そのほかの分野に応用することができるという一例になります。
昨年は、COVID-19の際に、NASAが人工呼吸器を製造したのは覚えている方もいるかもしれません。
宇宙と医療のコンビネーションというのはとても相性がいいのかもしれません。
宇宙で生まれた技術が宇宙以外に使用されていくのですが、再び宇宙製品に戻ってくるというのも面白い何かが生まれるかもしれませんね。
文献
WHOが2019年の世界の死因トップ10を発表 高所得国では心血管疾患死が減少
https://sndj-web.jp/news/001149.php
Keeping Hearts Pumping
https://spinoff.nasa.gov/spinoff2002/hm_3.html
NASA Technology Ready to Save Children's Lives
https://www.nasa.gov/vision/space/features/heart_implant.html
Blood Pump
https://www.nasa.gov/audience/foreducators/informal/features/F_Blood_Pump.html#backtoTop
Left Ventricular Assist Device
https://www.nasa.gov/centers/glenn/exploration/med_topic_lvad.html
体内植込み型補助人工心臓システム
https://www.ncvc.go.jp/res/divisions/artificial_organs/11-theme06/
植込み型補助人工心臓のポンプの特徴
http://www.evaheart.co.jp/hojyosinzou/
コロナ患者用の人工呼吸器を開発したNASAの技術者集団
https://amview.japan.usembassy.gov/nasa-engineers-develop-a-ventilator-for-covid-19-patients/
NASA Selects Inventions Of The Year
https://www.sciencedaily.com/releases/2002/04/020402074201.htm
