JP4869719B2 - 動物実験用の試験物質投与システム - Google Patents
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Description
本発明は、動物実験に用いる薬物や化学物質等の試験物質を実験動物の鼻もしくは口から投与する動物実験用の試験物質投与システムに関する。
薬物を患者の鼻もしくは口から投与する経鼻投与や吸入（経肺）投与は、専ら鼻炎治療や喘息治療などの局所治療を行うための投与方法として汎用されていたが、近時は、局所治療のみならず、これまで注射でしか投与できないとされていたペプチド性薬物や速効性薬物等の全身作用を期待した薬物の投与方法としても注目を集めている。
経鼻投与や吸入投与の方法としては、アプリケータや呼吸ガス混合器などの投与器から送出される薬物を患者が鼻や口から吸い込んで投与部位へ送り込むのが一般的であるが、本願出願人が提案した投与器は、その器体内に一定量の粉末薬剤が充填されたカプセルを装填する際に、該カプセルの両端に穴が開けられ、その穴が開けられたカプセル内の粉末薬剤をゴムポンプ等により供給される加圧エアで圧し出して、患者の鼻腔内や口腔内に差し入れたノズルから噴射するようになっている（特許文献１及び２参照）。
特開２００５−１６８５１３号公報
特開２００５−２６１７７０号公報
ところで、新規に開発される天然物中の有効成分あるいは化学合成薬は、実験動物を用いた薬理実験によってその薬効及び副作用の判定を的確に行うことが求められている。また、化学物質が人体に及ぼす影響を検討する場合も、実験動物を用いて的確に評価検証することが求められる。そのため、経鼻投与や吸入投与を目的とした新薬のスクリーニング時や、例えば大気中の化学物質の鼻腔内や肺への影響を検討する際は、それら薬物や化学物質を実験動物の鼻腔内や肺内に万遍なく分布させるように投与する必要があり、もし、その試験物質が鼻腔内や肺内の局所に偏倚して分布するように投与されると、それが局所治療薬であれば、局所刺激性を顕著に誘発したり、局所治療効果を十分に発揮できないことがあり、また、全身治療薬であれば、吸収に寄与する粘膜面積の低下によって全身移行性が低下し、本来ヒトで観察され得る筈の毒性が確認できなかったり、あるいは本来ヒトで達成し得る吸収率や治療効果が確認できないおそれがある。
特に、実験動物は、ヒトと違って、自らの意思で薬物を鼻や口から吸い込もうとはしないし、実験のために身体を拘束すると興奮して呼吸が不規則になり、また、長時間拘束するとストレスによって呼吸が乱れることもあるため、その鼻や口から鼻腔内や肺内に必要量の試験物質を万遍なく分布させるように投与することが非常に困難であった。
つまり、実験動物の鼻腔内や肺内に経鼻投与・吸入投与する試験物質の薬効、副作用、毒性等を的確に評価検証するためには、必要量の試験物質を鼻腔内や肺内に万遍なく分布させるように投与しなければならないが、経鼻投与や吸入投与は、呼吸とのタイミング如何によって鼻腔内や肺内に投与される試験物質の投与量や分布状態が変化し、そのタイミングを誤ると、試験物質の一部が他所へ散逸して鼻腔内や肺内に必要量の試験物質が投与されなかったり、試験物質が鼻腔内や肺内の局所に偏倚して分布するおそれがある。したがって、実験動物の呼吸状態に合わせた適正なタイミングで試験物質を投与しなければならないが、そのタイミングを見計らって投与するのは非常に困難であり、必要量の試験物質を確実に投与することができないという問題があった。
本発明は、実験動物の鼻もしくは口からその鼻腔内や肺内などへ必要量の試験物質を万遍なく確実に投与できるようにすることを技術的課題としている。
上記課題を解決するために、本発明は、動物実験に用いる薬物や化学物質等の試験物質を実験動物の鼻もしくは口から投与する動物実験用の試験物質投与システムであって、呼吸ピックアップで検出される実験動物の呼吸状態を監視して呼気相から吸気相へ切り替わるタイミングを測定し、そのタイミングでトリガー信号を出力する呼吸モニタリング装置と、前記トリガー信号が出力された時に実験動物の鼻腔内もしくは口腔内に一定量の試験物質を噴射する投与装置とで構成され、該投与装置が、粉末剤、液剤あるいは懸濁化剤等の分散可能な剤型を有する試験物質を加圧エアにより噴射する投与器と、前記トリガー信号が出力された時に前記投与器に前記加圧エアを供給するエア供給機構とで構成されて、前記投与器に、実験動物の鼻腔内もしくは口腔内に試験物質を噴射するためのノズル又はマウスピースが取り付けられると共に、該ノズル又は前記マウスピースに前記呼吸ピックアップが添設され、前記エア供給機構が、空圧源から前記加圧エアを供給するエア回路と、該エア回路を開閉する自動バルブとを具備し、該自動バルブが前記トリガー信号によって開放されるように構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、目視では把握しづらい実験動物の呼吸状態を呼吸モニタリング装置で監視して、その呼吸状態が呼気相から吸気相へ切り替わる時に、投与装置によって実験動物の鼻腔内もしくは口腔内に一定量の試験物質を噴射することができるので、その噴射した試験物質が、実験動物の吸気と共に鼻腔内もしくは口腔内に確実に吸引されて、鼻腔内や肺内へ万遍なく分布するように投与される。
本発明の最良の実施形態は、呼吸ピックアップで検出される実験動物の呼吸状態を監視して呼気相から吸気相へ切り替わるタイミングを測定し、そのタイミングでトリガー信号を出力する呼吸モニタリング装置と、前記トリガー信号が出力された時に実験動物の鼻腔内もしくは口腔内に一定量の試験物質を噴射する投与装置とで構成された動物実験用の試験物質投与システムであって、その投与装置は、粉末剤、液剤あるいは懸濁化剤等の分散可能な剤型を有する試験物質を加圧エアにより噴射する投与器と、呼吸モニタリング装置からトリガー信号が出力された時にその投与器に試験物質を噴射させるための加圧エアを供給するエア供給機構とで構成されている。
また、投与装置の投与器には、実験動物の鼻腔内もしくは口腔内に試験物質を噴射するためのノズル又はマウスピースが取り付けられており、該ノズル又はマウスピースには実験動物の呼吸状態を検出する呼吸ピックアップが添設されている。そして、該投与器に試験物質を噴射させるための加圧エアを供給するエア供給機構は、加圧エアを単発的に圧し出して供給するゴムポンプ等のエアポンプと、該エアポンプを駆動するアクチュエータとを具備し、該アクチュエータが呼吸モニタリング装置から出力されるトリガー信号によって起動されるように構成されるか、もしくは、加圧エアをコンプレッサ等の空圧源から供給するエア回路と、該エア回路を開閉する自動バルブとを具備し、該自動バルブが呼吸モニタリング装置から出力されるトリガー信号によって開放されるように構成されている。
また、呼吸ピックアップとしては、実験動物の呼気と吸気の温度差によって呼吸状態を検出するサーミスタ方式の温度センサや、実験動物の呼吸により生ずる前記ノズル内又は前記マウスピース内の圧力変動によって呼吸状態を検出する圧力センサ、あるいは、該圧力センサと、前記ノズル内又は前記マウスピース内に流入する実験動物の呼気の流量によって呼吸状態を検出する風量センサとを併用したものや、実験動物の呼吸により周長が変化する実験動物の胸部もしくは腹部に巻き付けた導電性ゴムの伸縮による電気抵抗値の変化によって呼吸状態を検出する電気抵抗式センサが用いられている。
図１は本発明に係る試験物質投与システムの一例を示す図であって、該システムは、呼吸ピックアップ１で検出される実験動物の呼吸状態を監視して呼気相から吸気相へ切り替わるタイミングを測定し、そのタイミングでトリガー信号Ｔを出力する呼吸モニタリング装置２と、該装置２からトリガー信号Ｔが出力された時に実験動物の鼻腔内もしくは口腔内に一定量の試験物質を噴射する投与装置３とで構成されている。
投与装置３は、粉末剤、液剤あるいは懸濁化剤等の分散可能な剤型を有する試験物質を加圧エアによって噴射する投与器４と、呼吸モニタリング装置２からトリガー信号Ｔが出力された時に投与器４に対して試験物質を噴射させるための加圧エアを供給するエア供給機構５とで構成され、投与器４には、実験動物の鼻腔内もしくは口腔内に試験物質を噴射するためのノズル６が取り付けられている。
エア供給機構５は、加圧エアを単発的に圧し出して供給するエアポンプ７と、該エアポンプ７を駆動する電動式、油圧式もしくは空圧式のアクチュエータ８とを具備し、該アクチュエータ８が呼吸モニタリング装置２から出力されるトリガー信号Ｔにより起動されて、エアポンプ７から投与器４に加圧エアが供給されるようになっている。エアポンプ７は、圧縮変形させて内部の空気を圧し出すゴムポンプや弾性体エアバッグで構成され、また、アクチュエータ８は、互いに接近及び離反する方向に往復動する一対の可動ハンド９ａ、９ｂでエアポンプ７を圧し潰してその内部の空気を圧し出すようになっており、該エアポンプ７から圧し出された加圧エアは、そのエア圧を適度に調整するレギュレータ１９が設けられたエア配管２０を通じて投与器４に供給されるようになっている。なお、エアポンプ７は、ゴムポンプや弾性体エアバッグに限らず、ベローズポンプや、バレル内の空気をピストンロッドで圧し出すシリンダポンプ等であってもよい。
呼吸ピックアップ１は、投与器４に取り付けられたノズル６を実験動物の鼻孔内又は口内に挿入した時に、その実験動物の呼吸により生ずるノズル６内の圧力変動によって呼吸状態を検出する圧力センサ１０と、ノズル６内に流入する実験動物の呼気の流量によって呼吸状態を検出する風量センサ１１とで構成され、両センサ１０、１１の検出信号がデータロガー等のインターフェイス１２を介して呼吸モニタリング装置２に入力されるようになっている。なお、両センサ１０、１１は、ノズル６内に取り付けてもよいが、該ノズル６から噴射される試験物質の流路を妨げないようにするために、ノズル６に分岐接続されたチューブ１３、１４を介して取り付けられている。また、各チューブ１３、１４には、ノズル６内の空気と外気との流通を可能にするオリフィス１５ａ、１５ｂとチェックバルブ１６ａ、１６ｂが設けられて、実験動物の呼吸を妨げることなく、その呼吸により両センサ１０、１１に適度な負荷を与えることができるようになっている。
呼吸モニタリング装置２は、圧力センサ１０と風量センサ１１とを併用した呼吸ピックアップ１から入力されるデータに基づいて実験動物の呼吸状態を判断するコンピュータ１７と、その呼吸状態を画面表示するモニター１８とで構成されている。なお、コンピュータ１７は、圧力センサ１０からの入力データに基づいて呼気相と吸気相が切り替わるサイクル時間を測定すると共に、風量センサ１１からの入力データに基づいて呼吸（呼気）の強弱変化を測定することにより、実験動物の興奮状態が治まって呼吸状態が安定したか否かを判断し、呼気相と吸気相が切り替わるサイクル時間が略一定化すると共に、呼吸（呼気）の強弱変化も小さくなって呼吸が安定状態となった時に、その呼吸が呼気相から吸気相へ切り替わるタイミングを測定して、そのタイミングでエア供給機構５のアクチュエータ８を起動させるタイミング信号Ｔを出力するようになっている。
これにより、実験動物の呼吸が呼気相から吸気相へ切り替わる時、すなわち実験動物が鼻や口から息を吸い込む時に、該実験動物の鼻腔内もしくは口腔内へ投与器４で試験物質が噴射されるので、その噴射された試験物質が吸気に運ばれて鼻腔内や肺内に万遍なく分布するように効率良く投与されることとなる。
図２は本発明に係る試験物質投与システムの他の例を示す図であり、該システムは、呼吸ピックアップ１として、実験動物の呼気と吸気の温度差によって呼吸状態を検出する温度センサが用いられている点と、投与装置３のエア供給機構５が、コンプレッサ等の空圧源２１から投与器４に加圧エアを供給するエア回路２２と、該エア回路２２を開閉する電磁バルブ等の自動バルブ２３とを具備し、該自動バルブ２３が呼吸モニタリング装置２から出力されるトリガー信号Ｔによって開放されるように構成されている点で図１のシステムと相違し、その他の構成は図１のシステムと共通している。
図２の呼吸ピックアップ１は、サーミスタの抵抗値が温度によって変化することを利用した温度センサであって、そのサーミスタ検出部を実験動物の鼻孔に装着するか、もしくは投与器４に取り付けたノズル６に添設して、鼻呼吸の呼気と吸気の温度差による抵抗値の変化を呼吸曲線として検出するようになっている。そして、この呼吸ピックアップ１で検出した呼気と吸気の温度差による抵抗値の変化に基づいて、呼吸モニタリング装置２が呼気相から吸気相へ切り替わるタイミングを測定し、そのタイミングでトリガー信号Ｔを出力するようになっている。
また、空圧源２１から投与器４に加圧エアを供給するエア回路２２には、その加圧エアを清浄化するエアフィルタ２４や、加圧エアの圧力を調整するレギュレータ２５、２６、加圧エアの流量を調整する絞り弁２７、チェックバルブ２８等が介装されている。
なお、図１及び図２の投与器４は、ノズル６に代えて、図３の如くマウスピース２９を取り付けたものであってもよく、該マウスピース２９は、実験動物の鼻腔内もしくは口腔内に試験物質を噴射し得るように、実験動物の口もしくは口及び鼻の双方を覆うマスク型に成形され、実験動物の呼吸により生ずるマウスピース２９内の圧力変動によって呼吸状態を検出する圧力センサ等の呼吸ピックアップ１が添設されている。
また、実験動物の呼吸状態を検出する呼吸ピックアップは、呼気と吸気の温度差によって呼吸状態を検出する温度センサや、呼吸により生ずるノズル６内やマウスピース２９内の圧力変動によって呼吸状態を検出する圧力センサに限られるものではなく、例えば、呼吸によって周長が変化する実験動物の胸部もしくは腹部に巻き付けた導電性ゴムの伸縮による電気抵抗値の変化によって呼吸状態を検出する電気抵抗式センサ等であってもよい。また、投与器４は、加圧エアで粉末剤を噴射する特許文献１及び２記載の投与器に限るものではなく、液剤や懸濁化剤等を加圧エアによって噴射するものであってもよい。
本発明は、実験動物を用いた薬理実験における新薬の薬効及び副作用の判定等を的確に行うことができるようにするものである。
１ 呼吸ピックアップ
２ 呼吸モニタリング装置
３ 投与装置
４ 投与器
５ エア供給機構
６ ノズル
７ エアポンプ
８ アクチュエータ
１０ 圧力センサ
１１ 風量センサ
２１ 空圧源
２２ エア回路
２３ 自動バルブ
２９ マウスピース
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２９ マウスピース
Claims (5)
- 動物実験に用いる薬物や化学物質等の試験物質を実験動物の鼻もしくは口から投与する動物実験用の試験物質投与システムであって、呼吸ピックアップで検出される実験動物の呼吸状態を監視して呼気相から吸気相へ切り替わるタイミングを測定し、そのタイミングでトリガー信号を出力する呼吸モニタリング装置と、前記トリガー信号が出力された時に実験動物の鼻腔内もしくは口腔内に一定量の試験物質を噴射する投与装置とで構成され、該投与装置が、粉末剤、液剤あるいは懸濁化剤等の分散可能な剤型を有する試験物質を加圧エアにより噴射する投与器と、前記トリガー信号が出力された時に前記投与器に前記加圧エアを供給するエア供給機構とで構成されて、前記投与器に、実験動物の鼻腔内もしくは口腔内に試験物質を噴射するためのノズル又はマウスピースが取り付けられると共に、該ノズル又は前記マウスピースに前記呼吸ピックアップが添設され、前記エア供給機構が、空圧源から前記加圧エアを供給するエア回路と、該エア回路を開閉する自動バルブとを具備し、該自動バルブが前記トリガー信号によって開放されるように構成されていることを特徴とする動物実験用の試験物質投与システム。
- 前記呼吸ピックアップが、実験動物の呼気と吸気の温度差によって呼吸状態を検出する温度センサである請求項１記載の試験物質投与システム。
- 前記呼吸ピックアップが、実験動物の呼吸により生ずる前記ノズル内又は前記マウスピース内の圧力変動によって呼吸状態を検出する圧力センサである請求項１記載の試験物質投与システム。
- 前記呼吸ピックアップが、前記圧力センサと、前記ノズル内又は前記マウスピース内に流入する実験動物の呼気の流量によって呼吸状態を検出する風量センサとを併用したものである請求項３記載の試験物質投与システム。
- 前記呼吸ピックアップが、実験動物の呼吸により周長が変化する実験動物の胸部もしくは腹部に巻き付けた導電性ゴムの伸縮による電気抵抗値の変化によって呼吸状態を検出する電気抵抗式センサである請求項１記載の試験物質投与システム。
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