(57)【要約】【課題】マウスなどの実験小動物を使用した実験手法に代わる、信頼性の高い実験手法と、それを実施するための具体的なシステムの提供。【解決手段】細胞培養チャンバー４３内の培養容器４５に収容された生細胞を、麻酔ガスとＣＯ２ガスが混合され、さらに加湿された実験用ガスに曝露し、生細胞の状態から麻酔作用を探る。ＣＯ２ガスの併用により乾燥が問題となるが、実験用ガスを加湿した上で、電磁弁３９を利用して間歇的に供給すると共に、培養容器４５からの排出ガスを水没槽４９まで誘導することで、培養容器４５内では保湿系が維持されて細胞の乾燥が阻止され、現実的な実験システムとなっている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養チャンバー内の容器に収容された生細胞等の試料を、加湿された揮発性の実験用ガスに曝露し、試料の状態からそのガスの曝露作用を探ることを特徴とする、ガス作用実験方法。
【請求項２】
請求項１に記載したガス作用実験方法において、
実験用ガスには作用探索対象のガスの他に水溶性のガスが含まれていることを特徴とする、ガス作用実験方法。
【請求項３】
請求項２に記載したガス作用実験方法において、
実験用ガスは作用探索対象としての麻酔ガスとＣＯ２ガスの混合ガスであり、試料である生細胞の状態から麻酔作用を探ることを特徴とする、ガス作用実験方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載したガス作用実験方法を実施するためのシステムであって、
容器へ実験用ガスを供給時には開いて間歇的に供給する供給ラインと、前記容器からの排出ガスを水没槽まで誘導する排出ラインとを備え、前記容器と前記両ラインとで保湿系が構成可能になっていることを特徴とするガス作用実験システム。
【請求項５】
請求項４に記載したガス作用実験システムにおいて、
実験用ガスとして作用探索対象のガスの他に水溶性のガスを含むものを使用するシステムであって、
バブリング加湿部と加温加湿部を備えており、
探索対象ガスが前記バブリング加湿部に通され予備加湿された後に、水溶性ガスと混合されて、その混合ガスが前記加温加湿部に通され本加湿されて実験用ガスとなることを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項５に記載したガス作用実験システムにおいて、
ガス供給系を内蔵する制御装置に、探索対象ガス源、水溶性ガス源と共に、バブリング加湿部と加温加湿部が、配管接続されていることを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項４から６のいずれかに記載したガス作用実験システムにおいて、
制御装置には、探索対象ガス源と大気との切替部が設けられており、探索対象ガスに代わる大気の使用が可能となっていることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項４から７のいずれかに記載したガス作用実験システムにおいて、
制御装置には、実験用ガスの組成および湿度と、間歇供給のタイミングの直接または間接的な設定を可能とする操作部が配設されていることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はチャンバー内の細胞等の試料を実験用ガス、例えば麻酔ガスに曝露させてその作用を探るガス作用実験方法およびその実験方法を実施するためのガス作用実験システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
麻酔は、治療の際に患者の苦痛を軽減させたり、筋の緊張を抑えたりするために、古くから用いられていたが、１９世紀以降に有効な麻酔薬が開発されるに至って、現代に続く本格的な手術の途が開かれた。
このように、麻酔には長い使用の歴史が有るにもかかわらず、患者の脳神経細胞にどのように麻酔作用が働いているかについては、実際のところ正確には分かっていない。
【０００３】
而して、現在使用されている麻酔薬もリスクがゼロとは言えず、手術中に血圧状態や呼吸状態を変化させたり、手術後に吐気や嘔吐をもたらしたりする場合があり、手術が多様化し、麻酔の使用頻度が増えるに従い、今後開発される麻酔薬も含めて麻酔作用を正確に把握し、患者の年齢等の個体的特徴と共に、病態に応じて、適切に麻薬を施すことが従前になく強く求められるようになってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−７７０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
麻酔作用を探るための手法としては、特許文献１でも記載されているように、従来から、マウスなどの実験小動物を使用した実験手法が利用されている。
しかしながら、その場合にはマウスに麻酔を施した後、その麻酔作用をそのマウスが死亡した後に確認することから、実験小動物を殺してしまうことになり、近年頓に高まっている動物愛護の機運には逆行するものとなる。
また、実験結果は、実験小動物の死亡後に得られるものであり、生存中ではないことから、信頼性の点からも不満が残る。
【０００６】
それ故、本発明は、上記課題を解決するものであり、生細胞を利用して麻酔作用を探ることができる、新規且つ有用な実験方法及びその実験方法を実施するための麻酔実験システムを提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、鋭意研究の結果、麻酔ガスにＣＯ２ガスを混入させて混合ガスとしたものを、生細胞に曝露させる手法が、実験用小動物を用いた従来の実験手法に代替できること、さらに、この実験手法は、その特徴から、培養環境下におかれた試料に対して麻酔ガスを含めた種々のガスの作用を探る実験に適用可能であることを見出した。
この知見を基に、本発明者らは、麻酔ガスに限定されずに、本発明の実験方法及びその実験方法を現実的に実施できるシステムを提案するに至った。
【０００８】
本発明の請求項１の発明は、培養チャンバー内の容器に収容された生細胞等の試料を、加湿された揮発性の実験用ガスに曝露し、試料の状態からそのガスの曝露作用を探ることを特徴とする、ガス作用実験方法である。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載したガス作用実験方法において、実験用ガスには作用探索対象のガスの他に水溶性のガスが含まれていることを特徴とする、ガス作用実験方法である。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２に記載したガス作用実験方法において、実験用ガスは作用探索対象としての麻酔ガスとＣＯ２ガスの混合ガスであり、試料である生細胞の状態から麻酔作用を探ることを特徴とする、ガス作用実験方法である。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載したガス作用実験方法を実施するためのシステムであって、容器へ実験用ガスを供給時には開いて間歇的に供給する供給ラインと、前記容器からの排出ガスを水没槽まで誘導する排出ラインとを備え、前記容器と前記両ラインとで保湿系が構成可能になっていることを特徴とするガス作用実験システムである。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項４に記載したガス作用実験システムにおいて、実験用ガスとして作用探索対象のガスの他に水溶性のガスを含むものを使用するシステムであって、バブリング加湿部と加温加湿部を備えており、探索対象ガスが前記バブリング加湿部に通され予備加湿された後に、水溶性ガスと混合されて、その混合ガスが前記加温加湿部に通され本加湿されて実験用ガスとなることを特徴とするシステムである。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項５に記載したガス作用実験システムにおいて、ガス供給系を内蔵する制御装置に、探索対象ガス源、水溶性ガス源と共に、バブリング加湿部と加温加湿部が、配管接続されていることを特徴とするシステムである。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項４から６のいずれかに記載したガス作用実験システムにおいて、制御装置には、探索対象ガス源と大気との切替部が設けられており、探索対象ガスに代わる大気の使用が可能となっていることを特徴とするシステムである。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項４から７のいずれかに記載したガス作用実験システムにおいて、制御装置には、実験用ガスの組成および湿度と、間歇供給のタイミングの直接または間接的な設定を可能とする操作部が配設されていることを特徴とするシステムである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のガス作用実験方法で、麻酔ガスを実験用ガスとした場合には、実験用小動物を用いた従来の実験手法に代替できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る麻酔作用実験システムの全体的構成図である。
【図２】図１の一部をなす加温加湿部の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
麻酔ガスを使用した例として、本発明の実施の形態に係る麻酔作用実験システム１を、図面にしたがって説明する。
先ず、構成について説明する。
図１に示すように、制御装置３を中心として配管構成されており、麻酔ガス発生器５、バブリング加湿部７、１００％ＣＯ２ガスボンベ１１、加温加湿部１３が制御装置３を囲んで配されている。
制御装置３にも、複数の構成部品が備えられているが、これらの配置は、筺体内部３Ａと、フロントの操作部３Ｂ側とに分かれている。
【００１９】
符号１７はメインのガス流路を示す。このメインガス流路１７を含めて、ガス流路は管チューブで構成されており、装置内で這い廻されると共に、装置外に延出して、麻酔ガス発生器５等と共に、制御装置３内の構成部品に接続されている。
メインガス流路１７には、サブガス流路を介してガス送給手段としてのＤＣポンプ１９が接続されており、このポンプ作用により、メインガス流路１７内を通って矢印に示す方向にガスが送られるようになっている。
以下、メインガス流路１７中のガスの流れ方向にしたがって、上流側から詳しく説明する。
【００２０】
麻酔ガス発生器５は、麻酔ガス源であり、気化現象を利用して麻酔ガスを生成している。
この麻酔ガス発生器５は、メインガス流路１７の装置外に延出した上流側端部と接続されており、麻酔ガス発生器５から麻酔ガス（Ａ）がメインガス流路１７を通って筐体内部３Ａに送られる。
【００２１】
筺体内部３Ａでは、切替部としての３方向電磁弁２１がメインガス流路１７に介挿されている。この電磁弁２１の流入側は二つに分岐し、一方はメインガス流路１７の流入側に接続され、他方が大気に開放されているので、電磁弁２１の切替えにより、麻酔ガス発生器５側のメインガス流路１７が下流側に開通するか、または大気に開放されることになる。
電磁弁２１は、操作部３Ｂ側に配設された切替スイッチ２３の押下操作により切替えられる。
【００２２】
メインガス流路１７は、電磁弁２１より下流側には、ガスの流量計２５が介装されている。この流量計２５は表示部と操作部を備えており、操作部３Ｂ側に配設されて流量設定（例えば、７０ｍＬ／ｍｉｎ）が可能になっている。
【００２３】
メインガス流路１７は、流量計２５より下流側では、制御装置３の筐体内部３Ａから出て、バブリング加湿部７に至っている。
このバブリング加湿部７には、水（Ｗ）を溜めて密閉された水溜め容器９が備えられている。メインガス流路１７は分断されており、それぞれの端部は水溜め容器９内に入り込んでいるが、流量計２５側、すなわち上流側のメインガス流路１７の端部は水没し、下流側のメインガス流路１７の端部は水面より上の位置にある。従って、このバブリング加湿部７を経由することで、上流側から流入してきた麻酔ガス（Ａ）が気泡通過され、水蒸気（ｖ）が添加された状態で、下流側のメインガス流路１７に送られる。
【００２４】
メインガス流路１７は、バブリング加湿部７より下流側では、再び筺体内部３Ａに入り、ＣＯ２ガス供給路２７と接続されている。
ＣＯ２ガス供給路２７の他端側は、流量を調整するためのマスフローコントローラ２９を経由して、装置外に出て１００％ＣＯ２ガスボンベ１１と接続されている。メインガス流路１７にはＣＯ２ガス供給路２７を通って、マスフローコントローラ２９により調整された流量のＣＯ２ガス（Ｃ）が流入し、予備加湿された麻酔ガス（Ａ＋ｖ）と混合されて混合ガス（Ａ＋Ｃ＋ｖ）となる。
【００２５】
メインガス流路１７は、ＣＯ２ガス供給路２７との接続部位より下流側では、ＣＯ２センサー３１が介装されている。このＣＯ２センサー３１での検知結果は電気結線されたＣＯ２濃度調節計３３に送られるようになっており、ＣＯ２濃度調節計３３は、ＣＯ２センサー３１からの検知結果を得て、設定値（目標濃度値）を維持すべく、電気結線されたマスフローコントローラ２９の動作を制御する。
ＣＯ２濃度調節計３３は、操作部３Ｂ側に配設されてＣＯ２濃度の設定が可能になっている。
【００２６】
メインガス流路１７は、ＣＯ２センサー３１より下流側では、制御装置３の筐体内部３Ａから出て、加温加湿部１３に至っている。
この加温加湿部１３には、水（Ｗ）を溜めて密閉された水溜め容器１５Ａが備えられており、この容器１５Ａには水（Ｗ）を温めるヒーター１５Ｂが取り付けられている。また、温度センサー１５Ｃの検知端は水（Ｗ）内まで垂下されている。従って、水（Ｗ）は温度センサー１５Ｃからの検知結果をもとにヒーター１５Ｂにより温められ、蒸発が繰り返されているので、水面より上方では強制された高加湿雰囲気になっている。メインガス流路１７は分断されており、ＣＯ２センサー３１側、すなわち上流側のメインガス流路１７の端部と、下流側のメインガス流路１７の端部が共に水面より上位置にある。従って、この加温加湿部１３を経由することで、上流側から流入してきた混合ガス（Ａ＋Ｃ＋ｖ）に大量の水蒸気（Ｖ）が添加され本加湿された状態で、下流側のメインガス流路１７に送られる。
下流側のメインガス流路１７では、高湿度のガスが通るので、結露を防止するために、断熱性の管チューブで構成されている。
【００２７】
加温加湿部１３には温度センサーが内蔵されており、この検知結果は電気結線された温度調節器３５に送られる。
この温度調節器３５は、操作部３Ｂ側に配設されて温度設定が可能になっており、筺体内部３Ａに配されたＳＳＲ（ソリッドステート・リレー）３７と組み合わせて、加温加湿部１３のヒーター制御をＳＳＲ３７のＯＮ／ＯＦＦで行っており、精度が高くなっている。
【００２８】
メインガス流路１７は、加温加湿部１３より下流側では、麻酔ガスの供給ラインとして働き、その途中には切替部としての３方向電磁弁３９が介挿されている。この電磁弁３９の流出側は二つに分岐し、一方がメインガス流路１７に接続され、他方が大気開放されているので、切替により、加温加湿部１３側のメインガス流路１７が下流側に開通するか、または大気に開放されることになる。
この電磁弁３９は、操作部３Ｂ側に配設されたタイマー４１の設定内容に従って切替えられる。
【００２９】
メインガス流路１７は、電磁弁３９より下流側では、チャンバー４３内に配置された培養容器４５と接続され、容器内空間と連通している。
密閉された培養容器４５には、新たなガスの流入を促すために、培養容器４５内のガスの排出を誘導するガス排出経路４７も接続されている。このガス排出経路４７の排出端部は、水を溜めた水没槽４９まで延び、水没されている。
培養容器４５には、脳神経由来の培養された生細胞と培養液が収容されており、チャンバー４３にはヒーター機能も備えられている。このヒーター機能を含めてチャンバー内の環境は、チャンバーコントローラ５１で制御される。
【００３０】
チャンバー４３は暗室５３内に置かれ固定されている。また、暗室５３内には、フォトンカウンター５５も設置されており、麻酔作用の実験は、生細胞の蛍光強度を測定するものとなっている。
【００３１】
麻酔作用実験システム１は、上記したように構成されており、メインガス流路１７から、麻酔ガス（Ａ）に所定濃度のＣＯ２ガス（Ｃ）が混入され、さらに加湿されて、実験用ガスとして、チャンバー４３内の培養容器４５に供給される。
実験中は、培養容器４５は蓋体により細胞等の出入口が閉塞されており、実験用ガスの供給側は電磁弁３９の切替えにより流入が規制されたときには、排出側が水止端となっているので、閉鎖された保湿系となる。実験用ガスが流入する準開放系では、実験用ガスが加湿されているにしても、湿度の低下、すなわち乾燥雰囲気への進行は避けられないが、この保湿系と、実験用ガスが流入する準開放系とが、電磁弁３９の切替えにより交互に確立されることで、培養容器４５内の生細胞の生存環境が維持されるようになっている。
また、ＣＯ２ガス（Ｃ）についても、一部水に溶けるとしても、大気開放されるよりは濃度低下を抑えられる。
【００３２】
加温加湿部１３で、ガスが本格的に加湿され、すなわち本加湿されるが、上流側で予備加湿することで、本加湿側に大きな負荷が掛からないようになっており、結露による管ダメージやＣＯ２濃度の変動リスクが抑えられている。
【００３３】
予備加湿は、ＣＯ２ガス（Ｃ）がまだ混入されておらず、水に溶けない麻酔ガス（Ａ）だけが対象となるので、バブリング加湿部７での処理が可能となっており、制御装置３内に温められたガスが入り込むことによる故障の発生が阻止される。
この段階での予備加湿は、麻酔ガスに含まれる大気湿度の変動に対する緩衝材として機能するので、冬の乾燥空気が導入されても、雨季の高湿空気が導入されても、下流側で同じ実験環境が再現され易くなっている。
【００３４】
また、対照実験も実施できるよう、電磁弁２１を介して麻酔ガス（Ａ）と大気は択一的にメインガス流路１７に導入されるようになっているが、その選択的導入後、先ずバブリング加湿部７が経由されるので、湿度、ＣＯ２ガス（Ｃ）濃度等その他の条件が揃え易くなっている。
【００３５】
麻酔作用実験システム１では、麻酔ガス発生器５等を配管接続することで構築されており、制御装置３が上記したように故障し難いよう工夫された上でブラックボックス化され、操作部３Ｂでの設定に従って稼働するようになっており、熟練を必要とせずに、実験作業を進めることができる。
麻酔作用実験システム１を利用することで、チャンバー４３の培養容器４５に収容された生細胞を、麻酔ガスとＣＯ２ガスが混合され、さらに加湿された実験用ガスに曝露し、生細胞の状態から麻酔作用を蛍光強度を測定することで探ることができる。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的構成は、これらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の変更などがあっても発明に含まれる。
例えば、チャンバーコントローラ５１と、制御装置３とを電気結線し、加温加湿については、チャンバーコントローラ５１からの温度情報等を考慮して制御するように構成してもよい。
また、操作部３Ｂでは、上記したようにＣＯ２ガス濃度やタイマーは直接数値設定し、湿度は温度から間接的に設定するようになっているが、設定態様は適宜変更できる。
【００３７】
フォトンカウンター５５を利用して、生細胞の蛍光強度を測定するものとなっているが、これに限らず、ＣＣＤカメラを利用してもよい。
揮発性のガスとしては、麻酔ガスの他に、揮発性有機化合物、特に、現在環境問題となっているＰＭ２．５、窒素酸化物等が想定される。
【符号の説明】
【００３８】
１…麻酔作用実験システム
３…制御装置      ３Ａ…筐体内部      ３Ｂ…操作部
５…麻酔ガス発生器      ７…バブリング加湿部      ９…水溜め容器
１１…１００％ＣＯ２ガスボンベ      １３…加温加湿部
１５…水溜め容器      １７…メインガス流路      １９…ＤＣポンプ
２１…３方向電磁弁      ２３…切替スイッチ      ２５…流量計
２７…ＣＯ２ガス供給路      ２９…マスフローコントローラ
３１…ＣＯ２センサー      ３３…ＣＯ２濃度調節計      ３５…温度調節器
３７…ＳＳＲ      ３９…３方向電磁弁      ４１…タイマー
４３…チャンバー      ４５…培養容器      ４７…ガス排出経路
４９…水没槽      ５１…チャンバーコントローラ      ５３…暗室
５５…フォトンカウンター
Ａ…麻酔ガス      Ｃ…ＣＯ２ガス        Ｗ…水      ｖ、Ｖ…水蒸気
【図１】
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【図２】
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