医工学科

通信ネットワークを用いた
分散協調型歩行支援ロボット 食事動作の補助を行う食事支援ロボット

生命医科学研究科「メディカルロボティクス研究室」

少子高齢化が進む日本では、サポートロボットの登場が望まれています。ヒトの動作や歩行を支援するロボットを開発すれば、労働や介護にかかる負荷が軽減され、問題解決に貢献することができます。このような、ヒトを支えるロボットの研究を行うには、工学的な知識だけでなく医学的な知識を持ち、さらにそれらを効果的に融合する能力が求められます。医工学科では「機械工学」と「医学」に関わりあう分野の知識や技術を学び、ヒトのために役立つロボットの研究・開発を行います。

機能関連タンパクの発現

[ティッシュエンジニアリング研究室　視覚再生医療グループ（オリジナルサイト）
生命医科学研究科「ティッシュエンジニアリング研究室」

角膜内皮細胞は角膜を透明に保つために必須の細胞ですが、再生能力が乏しく障害されると角膜が濁って視力を失います。このような角膜内皮の病気（水疱性角膜症）に対して、ティッシュエンジニアリング研究室では「再生医療」と「創薬」による新しい治療法の開発を行っています。同志社大学で行った研究成果をもとに、2013年には培養角膜内皮細胞の細胞注入治療が臨床応用され、これまでに50人以上の患者さんが視力を回復されるなど素晴らしい治療効果が得られています（The New England Journal of Medicine, 2018）。現在は、細胞注入治療を製品化し広く世界の患者さんに届けるための研究を行っています。また、世界で最も多い角膜内皮の病気である「フックス角膜内皮ジストロフィ」のメカニズムを明らかにし、世界で初めてとなる点眼治療薬の開発に挑戦しています。

リエゾンオフィスニューズレターVol.52「アカデミア発の研究シーズで眼科医療に革新を」［PDF 5.8MB］

チタン合金上に再生された骨組織 蛍光染色した骨芽細胞

バイオマテリアル研究室（オリジナルサイト）
生命医科学研究科「バイオマテリアル研究室」

骨や軟骨は、体重の支持や滑らかな関節運動といった運動機能を担う、我々の日常生活において重要な組織です。近年、けがや加齢で機能が低下した骨や軟骨を、自己の細胞を用いて修復する再生医療が注目されています。再生医療には、形だけでなく生体と同じ強度を有する骨や軟骨が望まれています。医工学科では、マイクロ技術を応用した骨組織再生用材料の開発や、生体内と同じ環境を細胞に与え、短期間で高い強度の組織を再生する培養装置の開発などを行っています。

人工膝関節 超高分子量ポリエチレン
き裂進展測定用試験片

バイオメカニクス研究室　研究室紹介［PDF 8.1MB］
生命医科学研究科「バイオメカニクス研究室」

超高分子量ポリエチレン（Ultra High Molecular Weight Polyethylene：UHMWPE）は耐摩耗性、低摩擦係数、衝撃吸収性、生体適合性、化学安定性に優れているため、人工膝関節用のしゅう動部材として広く用いられています。しかし、現在の人工関節の一般的な寿命は15年程度と短く、さらなる長寿命化が望まれています。そのために、UHMWPEに抗酸化作用を有するビタミンEを添加し、酸化劣化の影響を抑制しようという試みがなされています。医工学科では、ガンマ線照射や酸化劣化、ビタミンE添加がUHMWPEのき裂進展特性に及ぼす影響を定量的に明らかにすることに、人工関節の長寿命化に貢献しています。

エレクトロスピニング装置 ポリ乳酸ナノファイバー

バイオメカニクス研究室　研究室紹介［PDF 8.1MB］
生命医科学研究科「バイオメカニクス研究室」

繊維をナノファイバーにすると、表面積が飛躍的に広くなり、力学的特性が向上します。そのため、フィルター、触媒担体や再生医療用培地など、様々な分野で利用されています。医工学科では、微生物の働きによって低分子化合物に分解される生分解性プラスチックの一種、ポリ乳酸を用いて、エレクトロスピニング法によりナノファイバーを創製。ナノファイバーの機械的特性評価から、応用技術の開発を行っています。

高速プレス成形システム

バイオメカニクス研究室　研究室紹介［PDF 8.1MB］
生命医科学研究科「バイオメカニクス研究室」

ヒトのため、安全な社会を築くためには、生体・医療材料だけでなく、ものづくりに関わる全ての材料に信頼性が必要とされます。医工学科では、新材料の創製・成形方法の開発、機械的特性評価方法の開発と信頼性評価に関する研究から、ヒトと地球のための未来を創ります。例えば、炭素繊維強化プラスチックスは、軽量、高強度といった特徴を生かして、宇宙・航空機、スポーツ用品など様々な分野に利用されています。今後は、燃費向上が必要不可欠な自動車の分野への応用が進むと考えられます。しかしながら、量産に適した成形方法の開発はまだ十分ではありません。そのため、新しい成形素材の開発や炭素繊維強化熱可塑性プラスチックス（CFRTP）の高速プレス成形法の開発を行っています。これは、電磁誘導加熱をプレス成形に応用したもので、コイルに流した交流電流により磁界を発生させ、コイル内にある金型に渦電流を誘起し、ジュール熱により発熱させる方法を用いています。これによって、従来とは比較にならないほどの高速で連続炭素繊維強化熱可塑性プラスチックスをプレス成形することが可能になり、今後の産業界への幅広い展開が期待されています。

上：時計型医療用デバイス試作機
左下：据置き型医療用デバイス試作機
右下：内径80μmの無痛針

バイオマテリアル研究室（オリジナルサイト）
生命医科学研究科「バイオマテリアル研究室」

時計型、据置き型および携帯電話型の健康診断（Health Monitoring System：HMS）／薬投与（Drug Delivery System：DDS）機能を持つ小型ユビキタスデバイスは、高齢化社会における予防・在宅医療という生活の質（Quality of Life：QOL）向上のために必要な電子制御機械です。今後、日本では5人に1人が糖尿病患者あるいはその予備軍になると予想されています。医工学科では、低侵襲自動採血、血糖値計測・データ分析、インターネット経由での医師による診断、マイクロポンプによるインスリン投与を行うことができる在宅HMS／DDSユビキタス医療デバイスの開発を、緊急かつ重要な課題と考え、開発に取り組んでいます。