(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体組織からなる試料を収容して密封される容積不変の培養チャンバーと、この培養チャンバーに所定の導入圧で気体を導入する加圧手段と、前記培養チャンバーに開閉手段を介して接続された大気連通路と、前記培養チャンバーに接続され前記培養チャンバー内を減圧する真空ポンプと、を備え、前記加圧手段、前記大気連通通路、前記真空ポンプと培養チャンバーとの各接続状態を切り替え前記培養チャンバー内の圧力を変化させ、前記試料に加える圧力を変化させることを特徴とする組織細胞圧力感受性試験装置。
【請求項２】
前記培養チャンバーに気体の容積が可変にする空間が連通され、この空間の気体の容積を縮小して前記培養チャンバーの内圧を増大させる加圧手段と、この空間の気体の容積を拡大して前記培養チャンバーの内圧を減少させる減圧手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の組織細胞圧力感受性試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、血管内皮細胞、平滑筋細胞などの組織細胞の圧力感受性試験に用いる生体組織の圧力感受性試験装置に関し、特に多様な圧力感受性試験を行えるようにした生体組織の圧力感受性試験装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、病理のメカニズムの解明や薬理効果を研究する上で、骨、臓器、神経、血管などの生体の組織細胞が周囲から受ける圧力を感知し、この圧力に対して種々の反応を示す圧力感受性を有することが注目され、この生体組織の圧力感受性を試験するために幾つかの試験装置が提案されている。
【０００３】
初期においては、図３に示すように、直接に組織細胞１０１に重り１０２を載せることにより組織細胞１０１に圧力を加える装置が用いられたのであるが、この装置では組織細胞１０１に均一に圧力が作用せず、試験結果の信頼性に疑問が感じられている。
【０００４】
そこで、図４に示すように、組織細胞をフラスコ２０１内に収容し、このフラスコ２０１を三方弁２０２を介して圧力計（水銀血圧計）２０３とヘリウムガスボンベ２０４及び圧力設定バルブ２０５とを並列に接続し、組織細胞に剪断応力や張力を作用させずに均等な圧力が作用するようにした組織細胞圧力感受性試験装置が用いられるようなっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来の組織細胞圧力感受性試験装置では、大気圧よりも低圧の圧力に対する組織細胞の圧力感受性を試験することはできず、又、例えば血圧のように周期的な変動を伴う圧力に対する組織細胞圧力感受性を試験することもできない。
【０００６】
本発明は、大気圧よりも低圧の圧力に対する組織細胞の圧力感受性試験や周期的に変動する圧力に対する組織細胞の圧力感受性試験など多様な圧力感受性試験を行えるようにした組織細胞圧力感受性試験装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、体組織からなる試料を収容して密封される容積不変の培養チャンバーと、この培養チャンバーに所定の導入圧で気体を導入する加圧手段と、前記培養チャンバーに開閉手段を介して接続された大気連通路と、前記培養チャンバーに接続され前記培養チャンバー内を減圧する真空ポンプと、を備え、前記加圧手段、前記大気連通通路、前記真空ポンプと培養チャンバーとの各接続状態を切り替え前記培養チャンバー内の圧力を変化させ、前記試料に加える圧力を変化させることを特徴とする。
【０００８】
従って、本第１発明によれば、加圧手段により所定の導入圧で気体を導入することにより培養チャンバーの内圧を大気圧以上の所定の導入圧にすることができ、大気圧以上の圧力に対する組織細胞圧力感受性試験を行うことができる。
【００１１】
又、本第１発明によれば、容積不変の培養チャンバーから気体を導出したり、真空ポンプで培養チャンバーの内圧を大気圧以下の所定の圧力にすることができ、大気圧以下の負圧に対する組織細胞圧力感受性試験が行える。
【００１２】
又、本第１発明によれば、加圧機能と減圧機能との両方を備えるので、培養チャンバーの内圧を自由に変動させることができ、例えば加圧機能と減圧機能とを交互に周期的に作用させることにより、培養チャンバーの内圧を周期的に変動させ、周期的に変動する圧力に対する組織細胞圧力感受性を試験できるようになるのである。
【００１４】
又、前記培養チャンバーが気体の容積が可変に形成され、前記培養チャンバーの気体の容積を縮小してその内圧を増大させる加圧手段と、前記培養チャンバーの気体の容積を拡大してその内圧を減少させる減圧手段とを備えるように構成できる。
【００１５】
大気圧中で培養チャンバー内に試料を収容し、培養チャンバーを密閉した後、培養チャンバーの気体の容積を縮小することにより組織細胞の大気圧以上の圧力感受性を試験でき、又、培養チャンバーの気体の容積を拡大することにより組織細胞の大気圧以下の圧力感受性を試験できる。
【００１６】
上記において、培養チャンバーにおいて気体の容積を可変とする具体的な構成としては、培養チャンバーをシリンダとこれの内部に摺動可能に、かつ、気密状に内嵌されたピストンとで構成したり、培養チャンバーの一部又は全部を弾性体で形成したりすればよい。培養チャンバーを弾性体で形成する場合には、無理無く大きく変形できるようにするために、培養チャンバーを蛇腹状に形成することが好ましい。
【００１７】
又、上記において、培養チャンバーは、直接に培養チャンバーの一部を手で押し引きして拡縮してもよいが、容積拡大率及び／又は容積縮小率を正確に制御するために、加圧手段と減圧手段との少なくとも一方は機械的に培養チャンバーを拡縮する機械機構で構成することが好ましく、これら加圧手段と減圧手段とを機械機構で構成することが更に好ましい。
【００１８】
これら加圧手段と減圧手段とは互いに独立して設けてもよいが、部品点数を削減すると共に構成を簡単にして、コストダウンを図るためには、例えばスライダクランク機構、クランク機構、カム機構、パンタグラフ機構のように往復動作する機構を用いて、加圧手段と減圧手段とを一体化することが有利である。又、これらの中では、培養チャンバーの内圧を多様に調整できるようにするために、培養チャンバーをクランクアームに連接するコネクチングロッドとクランクアームとの連接点の位置を調整することにより容積変化率を調整することができるスライダクランク機構又はクランク機構を用いることが推奨される。
【００１９】
更に本第２発明に係る組織細胞圧力感受性試験装置は、上記第１発明の特徴に加え、前記培養チャンバーに気体の容積を可変にする空間が連通され、この空間の気体の容積を縮小して前記培養チャンバーの内圧を増大させる加圧手段と、この空間の気体の容積を拡大して前記培養チャンバーの内圧を減少させる減圧手段とを備えることを特徴とする。
【００２０】
本第２発明によれば、大気圧中で培養チャンバー内に試料を収容し、培養チャンバーを密閉した後、前記空間の気体の容積を縮小することにより培養チャンバーの内圧を大気圧よりも高めることができ、組織細胞の大気圧以上の圧力感受性を試験できる。又、前記空間の気体の容積を拡大することにより培養チャンバーの内圧を大気圧よりも下げることができ、組織細胞の大気圧以下の圧力感受性を試験できる。
【００２１】
又、このように培養チャンバーの他にこれに連通する拡縮可能な空間を設け、この空間を拡縮することにより培養チャンバーの内圧を制御する場合には、空間を周期的に拡縮させても、この拡縮に伴う機械的振動が培養チャンバーに伝達され難いので、培養チャンバーが振動して試料にこの振動に対する圧力感受性を発現させることがほとんどなくなり、信頼性の高い試験を行うことができる。
【００２２】
本第２発明において、容積可変の空間は具体的には、シリンダとこれの内部に摺動可能に、かつ、気密状にピストンを内嵌し、このピストンによりシリンダ内に区画された空間で構成したり、一部又は全部を弾性体で形成した容器内の空間で構成したりすればよい。この空間を一部又は全部を弾性体で形成した容器内に形成する場合には、空間を無理無く大きく拡縮できるようにするために、弾性体として蛇腹状に形成されたベローを用いることが好ましい。
【００２３】
本第２発明の加圧手段及び減圧手段についての詳細な説明は、前記の加圧手段及び減圧手段のそれと重複するので、紙幅を節約するためにここでは省略する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態に係る組織細胞圧力感受性試験装置を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１の構成図に示すように、この組織細胞圧力感受性試験装置は、容積不変の培養チャンバー１と、この培養チャンバー１に空気を所定の導入圧で培養チャンバーに導入する加圧空気導入路２と、この加圧空気導入路２を開閉する開閉弁３とを備え、又、図示しない圧力容器から加圧されたヘリウム（Ｈｅ）ガスを培養チャンバー１に導入する加圧ヘリウム導入路４と、この加圧ヘリウム導入路４を開閉する開閉弁５とを備えている。
【００２６】
前記加圧空気導入路２及び加圧ヘリウム導入路４にはそれぞれニードルバルブからなる流量調整弁６、７を介在させてあり、これら流量調整弁６、７の下流側で加圧空気導入路２と加圧ヘリウム導入路４とを合流導入路８に合流させている。又、この合流導入路８には除菌フィルター９を介在させて培養チャンバー１内に雑菌が侵入することを防止している。
【００２７】
前記培養チャンバー１には図示しない開口部とこれを開閉する蓋とが設けられ、この開口部から培養試料１０を培養チャンバー１内に入れた後、この開口部が蓋で密閉される。
【００２８】
又、前記培養チャンバー１には、大気中に連通させた大気連通路１１が接続され、この大気連通路１１にはニードルバルブからなる流量調整弁１２と開閉弁１３と、別の除菌フィルター９を介在させてある。
【００２９】
更に、前記培養チャンバー１には、真空ポンプ１４と、ベロー１５とが並列に接続され、真空ポンプ１４と培養チャンバー１とを接続する吸引路１６にはニードルバルブからなる流量調整弁１７と開閉弁１８とを介在させてある。
【００３０】
上記ベロー１５の一端は固定設置された固定鏡板１９で閉塞され、その他端を閉塞する可動鏡板２０は加圧兼減圧手段２１によって固定鏡板１９に向かって進退するようにしている。
【００３１】
この加圧兼減圧手段２１は、モータ２２と、モータ２２によって回転駆動されるクランクアーム２３と、このクランクアーム２３にベロー１５の可動鏡板１９を連結するコネクチングロッド２４とを備え、このコネクチングロッド２４をクランクアーム２３に連接する連接点２５とクランクアーム２３の回転軸心との距離を調節できるようにしてある。
【００３２】
前記培養チャンバー１の下側にはヒーター２６が設けられ、培養チャンバー１内の温度が所定の培養温度になるように、培養チャンバー１内に設けた温度センサ２７の検出温度を参照して、このヒーター２６の動作を調整する温度調整装置２８が設けられる。
【００３３】
又、前記培養チャンバー１の内圧は圧力モニター２９を介して圧力制御部２９に検出され、圧力制御部３０は、培養チャンバー１の内圧が一定になるように開閉弁３、５を開閉制御するようにしてある。
【００３４】
この組織細胞圧力感受性試験装置の培養チャンバー１内に試料１０を収容して、培養チャンバー１を密閉した後、温度調整装置２８によりヒーター２６を作動させて培養チャンバー１内の温度を例えば０℃〜５０℃の所定値に調整させてから、加圧空気導入路２の開閉弁３と大気連通路１１の開閉弁１３とを開弁することにより、培養チャンバー１内を空気でパージする。
【００３５】
更にこの後、大気連通路１１の開閉弁１３を閉弁してから加圧空気導入路２の開閉弁３又は加圧ヘリウム導入路４の開閉弁５を開弁して培養チャンバー１内の圧力を所定の導入圧に保持し、所定時間経過後に大気連通路１１の開閉弁１３を開弁することにより、図２（Ａ）に示すように、所定時間にわたり所定の圧力で培養試料１０を加圧することができる（定圧加圧試験）。
【００３６】
又、上述したように培養チャンバー１内を空気パージし、大気連通路１１の開閉弁１３を閉弁した後、加圧空気導入路２の開閉弁３又は加圧ヘリウム導入路４の開閉弁５を開弁して培養チャンバー１内の圧力を所定時間にわたり所定の導入圧に保持することと、大気連通路１１の開閉弁１３を所定時間にわたり開弁して培養チャンバー１の内圧を大気圧に減圧することとを交互に繰り返すことにより、図２（Ｂ）に示すように、培養チャンバー１の内圧を大気圧以上で矩形パルス状に変化させることができ、培養試料１０を大気圧以上で矩形パルス状に変化する圧力で加圧することができる（矩形パルス加圧試験）。
【００３７】
更に、培養チャンバー１内を空気パージし、大気連通路１１の開閉弁１３を閉弁した後、加圧空気導入路２の開閉弁３又は加圧ヘリウム導入路４の開閉弁５を開弁して培養チャンバー１内の圧力を所定の上限圧まで上昇させた後、加圧兼減圧手段２１を作動させて前記ベロー１５内の空間の拡縮を繰り返すことにより、図２（Ｃ）に示すように、培養チャンバー１の内圧を三角波形状に変化させて、培養試料１０を大気圧以上で三角形パルス状に変化する圧力で加圧することができる（三角パルス加圧試験）。
【００３８】
一方、上述したように培養チャンバー１内を空気パージし、大気連通路１１の開閉弁１３を閉弁した後、真空ポンプ１４を所定時間にわたり作動させてから大気連通路１１の開閉弁１３を開弁することにより、図２（Ｄ）に示すように、所定の時間にわたり所定の負圧を培養試料１０に印加することができる（定圧減圧試験）。
【００３９】
又、この真空ポンプ１４の作動と大気連通路１１の開閉弁１３の開弁を周期的に繰り返すことにより、図２（Ｅ）に示すように、大気圧以下で矩形パルス状に変化させることができ、培養試料１０に大気圧以下で矩形パルス状に変化する負圧を印加することができる（矩形パルス減圧試験）。
【００４０】
更に、上述したように培養チャンバー１内を空気パージし、大気連通路１１の開閉弁１３を閉弁した後、真空ポンプ１４を作動させて培養チャンバー１の内圧を所定の負圧に減圧した後、加圧兼減圧手段２１を作動させて前記ベロー１５内の空間の拡縮を繰り返すことにより、図２（Ｆ）に示すように、培養チャンバー１の内圧を三角波形状に変化させて、培養試料１０を大気圧以下で三角形パルス状に変化する圧力で加圧することができる（三角パルス減圧試験）。
【００４１】
このように、ベロー１５内の空間の拡縮により培養チャンバー１の内圧を変化させる場合には、ベロー１５の拡縮状態を調整することにより培養チャンバー１の内圧の上限が大気圧よりも高くすると共に、下限を大気圧よりも低くすることができ、培養チャンバー１の内圧を大気圧の上下にわたって交番的に変化させ、この交番的に変動する圧力に対する組織細胞の圧力感受性試験（交番変動圧試験）を行うことができる。
【００４２】
即ち、例えば、培養チャンバー１内を空気パージし、ベロー１５内の空間が最も小さくなるようにベロー１５を縮小させた状態で、大気連通路１１の開閉弁１３を閉弁し、加圧空気導入路２の開閉弁３又は加圧ヘリウム導入路４の開閉弁５を開弁して培養チャンバー１内の圧力を所定の上限圧まで上昇させてからベロー１５を拡大すると、図２（Ｇ）に示すように、培養チャンバー１の内圧を大気圧以下に減圧させることができ、ベロー１５を連続して拡縮することにより培養チャンバー１内の圧力を大気圧よりも高圧の上限と大気圧よりも低圧の下限との間で三角波パルス状に変化させることができ、或いは、ベロー１５を間欠的に拡縮することにより図２（Ｈ）に示すように、台形ないし矩形パルス状に変化させることができる。
【００４３】
なお、上述の矩形パルス波加圧試験あるいは矩形パルス波減圧試験では、毎分１０サイクル程度の圧力変化の試験に適用できるが、ベロー１５の拡縮を利用する場合には、モータ１９の回転数を制御することによりパルスの周波数を任意に変化させることができ、例えば毎分６００回程度の非常に高サイクルの圧力変化の試験も行うことができる。
【００４４】
又、前記培養チャンバー１にその内圧が一定以上になるときに培養チャンバー１を大気中に連通させる安全弁や、その内圧が一定以下の負圧になるときに培養チャンバー１を大気中に連通させる安全弁を設けてもよい。
【００４５】
更に、前記ヒーター２３と共に、又はこれに代えて冷却器を設け、培養チャンバー１内の培養試料１０を室温よりも低温に冷却するようにしてもよい。
【００４６】
更に、この実施例では、培養チャンバー１と別にベロー１５を設け、この内部の空間を拡縮するようにしているが、例えば培養チャンバー１をシリンダとこれの内部に摺動可能に、かつ、気密状に内嵌されたピストンとで構成し、このピストンを加圧兼減圧手段２１で駆動することにより、培養チャンバー１の容積を拡縮できるように構成してもよい。
【００４７】
加えて、培養チャンバー１の内圧を変動させる形態は矩形波形や三角波形に限定されることはなく、例えばサイン曲線状や階段状に変化せけることも可能である。
【００４８】
更に加えて、上記の実施例では加圧気体として空気とヘリウムとを用いているが、この他に二酸化炭素（ＣＯ２  ）、酸素（Ｏ２  ）、水素（Ｈ２  ）などを加圧気体として用いることができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本第１発明によれば、試料に一定圧を印加するこれまでの加圧試験に加えて、大気圧以上で変動する圧力を印加する矩形パルス加圧試験、三角パルス加圧試験などの圧力変動加圧試験や、大気圧以下の負圧を印加する減圧試験、大気圧以下で変動する負圧を印加する矩形パルス波減圧試験、三角形パルス波減圧試験などの圧力変動減圧試験や、大気圧よりも高圧と大気圧よりも低圧との間で変動する圧力を印加する交番変動圧試験など多様な試験が可能になる。従って、組織細胞の圧力感受性をより多様に試験することができ、病理のメカニズムの解明や薬理効果の研究の範囲を飛躍的に拡大することができる効果を奏する。
【００５２】
加えて、本第２発明によれば、培養チャンバーに気体の容積を可変にする空間が連通され、この空間の気体の容積を縮小して培養チャンバーの内圧を増大させる手段と、この空間の気体の容積を拡大して培養チャンバーの内圧を減少させる手段とを備えるので、試料を培養チャンバー内に封入した後、前記空間の気体の容積を拡縮することにより、培養チャンバーの内圧を増減させるサイクル時間を本第１発明の場合よりも短くすることができ、例えば毎分６００回程度の高周波数で培養チャンバーの内圧を増減させることができ、病理のメカニズムの解明や薬理効果の研究の範囲を更に飛躍的に拡大することができる効果を奏する。
【００５３】
特に、本第２発明によれば、培養チャンバー及びこれに連通する空間の密封性を保持することが容易である上、培養チャンバーの振動などの問題が生じるおそれがなく、一層信頼性の高い試験を行うことができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の構成図である。
【図２】  本発明を用いる種々の感受性試験の培養チャンバー内圧波形図である。
【図３】  従来例の構成図である。
【図４】  他の従来例の構成図である。
【符号の説明】
１  培養チャンバー
２  加圧空気導入路
３  開閉弁
４  加圧ヘリウム導入路
５  開閉弁
８  合流導入路
１０  培養試料
１１  大気連通路
１３  開閉弁
１４  真空ポンプ
１５  ベロー
１６  吸引路
１８  開閉弁
２１  加圧兼減圧手段
【図１】
0004169376.tif 000002
【図２】
0004169376.tif 000003
【図３】
0004169376.tif 000004
【図４】
0004169376.tif 000005