JP5733702B2 - 実験用小動物のための体温測定装置および体温測定方法 - Google Patents
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例えば、ワクチン接種に伴ってみられる発熱は副反応と位置づけられ、ワクチンの安全性の観点からなるべく発熱を起こさないワクチン開発が望まれており、そのためには、ワクチンまたはワクチンに含まれるアジュバント(免疫補助剤)がどのような機序で発熱を引き起こし、それがワクチン効果にどのような影響を与えるのかを動物実験で明らかにすることが必要である。しかし、マウスやラットなどの実験用小動物は、通常、大型の動物に比べて非常に神経質であり臆病であるために、それら実験用小動物の体温は、実験作業者の手で掴まれること(ハンドリング)によるストレスや、周囲の気温、音、光などに大きく影響を受けて変動する。
よって、従来では、実験用小動物の体温については、実験作業者が温度測定器具を用いて行うような直接的な体温測定方法では、再現性にすぐれた測定値を得ることは非常に困難であった。
このような遠隔的な方法によれば、作業者が実験用小動物に近づくことなく、体温を測定することが可能である(非特許文献1、2)。
(イ)上記遠隔測定法を実施するには、実験用小動物一匹ごとに、プローブを埋め込み、数週間をかけて回復を待つといった、多大な手間と長い準備期間とが必要である。
(ロ)実験用小動物の体内に小型温度プローブを手術で埋め込むには、技術的な習熟が必要であるため、実験用小動物を試験可能な状態にするのが容易ではない。
(ハ)実験用小動物に手術によって小型温度プローブを埋め込むので、該小動物に対する侵襲が大きい。
(ニ)多数の実験用小動物を用いた試験を行う場合には、手術やその後の動物の管理に多大な労力が必要である。
(ホ)計測システム全体が非常に高価である。
(へ)測定し得る体温は、埋め込まれた小型温度プローブ周囲の局所的なものであり、かつ埋め込むことができる部位も限定されるため、埋め込まれた部位から離れた部位の体温変化を正確に測定することが難しい。
〔1〕実験用小動物を1以上収容し得る恒温槽と、
該実験用小動物を撮像しその体表面の温度を画像として表示し得るサーモグラフィ装置の撮像装置部であるサーモカメラとを、少なくとも有し、
前記恒温槽は、その槽内を実験用小動物の生存に適した温度および湿度とすることができる温度湿度制御手段、ならびに換気手段を少なくとも有するものであり、
前記サーモカメラが、実験用小動物を、該恒温槽内に収容された状態のままで撮像し得るように、該恒温槽内に配置されている、
実験用小動物用の体温測定システム。
〔2〕上記恒温槽が、その槽内に収容された実験用小動物の生存に適した光を照射し得るよう制御可能な照明手段をさらに有するものである、上記〔1〕記載の体温測定システム。
〔3〕上記恒温槽の温度湿度制御手段および照明手段によって、槽内の温度、湿度、照度を周期的に、または恒常的に、意図する環境に制御し得る構成となっている、上記〔2〕記載の体温測定システム。
〔4〕上記恒温槽が、その槽内に外界の音が伝わるのを抑制し得る防音構造をさらに有するものである、上記〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の体温測定システム。
〔5〕上記サーモカメラによって撮像された画像のデータを解析し温度分布を示す画像として表示するよう構成された、サーモグラフィ装置の本体部分をさらに有する、上記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の体温測定システム。
〔6〕上記サーモカメラが、上記恒温槽の槽内上部に1つだけ配置されており、該1つのサーモカメラにて、槽内の実験用小動物を全て撮像する構成となっている、上記〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の体温測定システム。
〔7〕複数の実験用小動物を上記恒温槽内に別個の領域に分けて収容し得るように、該恒温槽の槽内底部には、前記別個の領域を区画するための仕切りが設けられている、上記〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の体温測定システム。
〔8〕上記恒温槽の槽内底部には、上記実験用小動物を収容するための収容用容器が、該槽内に対して着脱自在に嵌め込むことができるように設けられており、該収容用容器内に収容された状態の実験用小動物をサーモカメラが撮像し得る構成となっている、上記〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の体温測定システム。
〔9〕複数の実験用小動物を上記収容用容器内に別個の領域に分けて収容し得るように、該収容用容器内には、前記別個の領域を区画するための仕切りが設けられている、上記〔8〕記載の体温測定システム。
〔10〕上記〔1〕〜〔9〕のいずれかに記載の体温測定システムを用い、
前記体温測定システムの恒温槽の槽内を、実験用小動物の生存に適した温度および湿度として、該槽内で実験用小動物を飼育しながら、該体温測定システムのサーモカメラによって該実験用小動物を撮像し、該撮像データに基づいて、該実験用小動物の体表面の温度を画像として得ることを特徴とする、実験用小動物用の体温測定方法。
〔11〕上記体温測定システムが、上記〔3〕に記載の体温測定システムであって、
槽内の温度、湿度、照度を周期的に、または恒常的に、意図する環境に制御しながら、上記サーモカメラによって該実験用小動物を撮像する、上記〔10〕記載の体温測定方法。
また、本発明では、恒温槽内に実験用小動物を収容しながら撮像を行うので、環境(気温、湿度、音、光)を、該小動物にとって適切なものになるよう管理することができる。よって、環境の影響で体温が変動しやすいマウスなどの小動物でも、安定して経時的な温度変化を記録できる。
また、本発明では、サーモカメラの撮影範囲内であれば、槽内に複数の仕切りを設けることによって、1つのサーモカメラによって、同一環境に置いた多数の実験用小動物の体温を、同時に測定し、同一画面内に示すことができるので、薬剤、ワクチン、アジュバントなどの体温に与える影響を容易に比較することができる。
さらに、当該システムの構成は、従来の遠隔測定法に用いられるシステムの構成に比べて簡単であり、比較的安価である。
そして、上記従来技術の説明で述べたとおり、遠隔測定法による温度測定では、体内に埋め込まれたプローブの周囲の局所的な体温が測定されるだけであったが、本発明では、サーモグラフィの手法によって、局所的な体温のみならず実験用小動物の全身の体表面の温度分布を画像として見ることができるので、薬剤、ワクチン、アジュバントなどの投与効果を経時的に正確に追跡することができる。例えば、薬剤投与後の体表面最高温度を経時的に追跡することで直腸温による体幹深部温度測定と同様な全身状態評価としての体温変化測定が可能である。またより複雑な解析手法を用いなければならないが、薬剤投与後に体幹部と四肢末端部の温度変化を比較したり、薬剤投与局所と非投与部位との温度を比較することも可能である。さらに、経時的に撮影された熱画像そのものから観察中の実験動物の行動や活動状態を評価してそれを測定された体温と比較検討することも可能である。
尚、本発明では、「恒温槽」は、少なくとも温度湿度制御手段および換気手段を有して構成された装置全体を意味し、該恒温槽内の温度制御の対象となる空間を、単に「槽」と呼んでいる。従って、恒温槽内とは、恒温槽内に設けられた槽の内部を意味する。
当該システムは、図1に示すように、恒温槽1と、サーモカメラ2とを、少なくとも有して構成される。恒温槽1は、実験用小動物(以下、単に「小動物」ともいう)Aを1以上収容し得るよう構成された槽を有するものである。図1の例では、小動物Aはマウスであって、槽内の底面は、マウスを4匹収容し得る大きさとなっている。サーモカメラ2は、サーモグラフィ装置(全体は図示せず)に含まれる撮像装置部である。該サーモグラフィ装置は、その詳細は後述するが、撮像装置部であるサーモカメラ2と本体部分(図示せず)とを有して構成され、小動物Aを撮像しその体表面の温度分布を画像(熱画像)として表示し得るように構成された装置である。当該システムには、少なくとも、サーモカメラ2が恒温槽1に設けられていればよい。
また、恒温槽1は、温度湿度制御手段11を少なくとも有し、その槽内を小動物Aの生存に適した温度と湿度に制御することができるようになっており、サーモカメラ2は、小動物Aを、前記恒温槽1内に収容された状態のままで撮像し得るように、該恒温槽内に配置されている。
以上の構成によって、恒温槽1の槽内を、小動物Aの生存に適した温度および湿度または実験目的に合わせて設定した環境下で該小動物Aを飼育しながら、サーモカメラ2によって該小動物Aを撮像し、該撮像データに基づいて、該小動物Aの体表面の温度を画像として得ることができ、それによって、上述の発明の効果が得られる。
実験用小動物が哺乳類である場合、当該システムは、具体的には、ラット、マウス、モルモット、ハムスター、スナネズミ、ウサギ、イヌ、ネコ、ミニブタ、サル類(マーモセット、アカゲザル、カニクイザル、リスザルなど)などの体温測定に使用することが可能であり、なかでも、ラット、マウス、モルモット、ハムスター、スナネズミ、またはウサギの体温測定に好適である。当該システムは、感受性の高いラット、マウス、モルモット、ハムスター、またはスナネズミの体温測定に特に好適である。
また、恒温槽は、後述の照明手段と防音構造をさらに有するものが、小動物を平静な状態に保つためにはより好ましい。
小動物の生存に適した温度と湿度は、その小動物の種類によっても多少は異なるが、一般に用いられる実験用小動物では、概ね、温度は18℃〜35℃、湿度は30%〜80%の範囲内で適宜選択すればよい。例えば、一般の動物実験において、最も多く用いられるラット、マウスであれば、温度は、18℃〜28℃が好ましく、20℃〜26℃がより好ましい範囲であり、湿度は、30%〜70%が好ましく、40%〜60%がより好ましい範囲である。
恒温槽の槽内の温度と湿度は、常に一定の値に保ってもよいが、後述のように、1日の温度、湿度の経時的な変化を槽内に擬似的に再現すべく、経時的および/または周期的に変化させてもよい。
図3の例では、槽外に温度湿度制御手段11を独立的に配置して描いているが、槽と温度湿度制御手段とは、1つの筐体内に1体となっていてもよい。また、温度湿度制御手段は、図3に示すように、恒温槽とは別個の外部制御装置3から命令を受けて、槽内の温度を制御するように動作するものであってもよい。
恒温槽内への小動物の収容は、小動物に無理な姿勢を強いて詰め込むことなく、該小動物の本来の姿勢にて、好ましくは、適当な動作が可能なようにスペースを与えた状態にて、後述のサーモカメラによって撮像可能なように収容することが好ましい。
図1の態様例では、恒温槽の槽内の底面に小動物Aが配置され、それを天井に配置したサーモカメラ2によって撮像する構成なっている。また、図2の態様例では、側面に棚を設けて小動物Aが配置され、それを対向側面に配置したサーモカメラ2によって撮像する構成としている。
図2の態様例では、小動物を側方から撮像できるという特徴があるが、小動物Aが棚や仕切りから逸脱しないように、網などで覆う必要があるため、部品点数が増加する上、該網などが撮像の障害となる。これに対して、図1の態様例のように、槽内の底面に動物を配置し、それを、上方(特に天井)に配置したサーモカメラ2によって撮像する構成は、網などで覆う必要が無く、小動物をサーモカメラで直視できるので好ましい態様である。
仕切りの態様は、特に限定はされないが、一般的な槽の底面形状が矩形であるので、図1のような格子状の仕切りであれば、無駄な領域が生じることが無く好ましい。
槽内の底面に仕切りを設ける場合、小動物1匹当たりに与えるべき床領域の大きさは、小動物の種類に応じて適宜決定すればよい。この場合の1匹当たりの床領域の大きさは、面積の値のみならず、該床領域の形状も重要である。例えば、長方形の床領域の場合、小動物が身動きできないような短い短辺と、長い長辺とからなる長方形では、たとえ面積が大きくとも、小動物を平静に保つ点からは好ましくない。ただし、実験の要請によってはその限りではない。
また、小動物1匹当たりに過度に広い領域を与えても、対費用効果や測定の効率が低下し、小動物の安静にも特に寄与しないので無駄である。
また、小動物1匹当たりに与えるべき床領域およびそれらを加え合わせた槽内の底面全体の外周形状は、サーモカメラ自体の撮像領域の形状(例えば、画素640×480のものであれば、アスペクト比4:3の矩形)と相似形とすることが、撮像画面に無駄な領域を生じさせない点で好ましい。
上記の点を考慮すると、例えば、尾を除いた頭胴長50mm〜70mm(体重17〜23g)のマウスの場合であれば、1匹について与えるべき床領域の形状は、タテ80mm×ヨコ140mm〜タテ140mm×ヨコ300mm程度の矩形(直角四辺形)であり、タテ80mm×ヨコ140mm〜タテ100mm×ヨコ160mm程度の矩形がより好ましい形状である。
また、尾を除いた頭胴長200mm〜350mm(体重200〜500g)のラットの場合であれば、1匹について与えるべき床領域の形状は、タテ150mm×ヨコ300mm〜タテ350mm×ヨコ420mm程度の矩形(直角四辺形)であり、タテ200mm×ヨコ350mm〜タテ300mm×ヨコ400mm程度の矩形がより好ましい形状である。
また、体重2〜5kgのウサギの場合であれば、1匹について与えるべき床領域の形状は、タテ350mm×ヨコ400mm〜タテ500mm×ヨコ900mm程度の矩形(直角四辺形)であり、タテ450mm×ヨコ600mm〜タテ550mm×ヨコ650mm程度の矩形がより好ましい形状である。
他の実験用小動物(リスザルやカニクイザルなど)についての床領域の形状は、それぞれの体形、習性、耐ストレス性、実験目的などに合わせて、各小動物を平静に飼育し得るような形状を適宜選択すればよい。
尚、上記した床領域の形状、槽内の底面の形状、床領域の配置パターンは、あくまでも好ましい例であって、試験の内容や目的によっては、1つの床領域に2以上の小動物を配置してもよいし、特別に大きな恒温槽を設計・製作して、上記した床領域の形状、槽内の底面の形状、床領域の配置パターンを上回ってもよい。
複数の小動物を収容する場合には、該収容用容器内には、必要に応じて、図1と同様の仕切り15を設ければよい。
小動物の生存に適した光とは、少なくとも、小動物が安静でいられるような照度を与えるような強さの光である。該光は、光の3原色の波長成分を含んだ白色光であってよいが、実験の目的に応じて、特定の波長成分だけを選択してもよい。
小動物が好む照度は、小動物の種類によっても異なるが、例えば、マウス、ラットまたはウサギでは、床面から80mmの高さで150〜300ルクス、または1000mmの高さで200ルクスが好ましいが、当該照度範囲に限定されるわけではない。
槽内に上記光を照射するための照明手段は、蛍光灯、白熱電球、LED、光ファイバによる外光の導入など、適宜選択すればよい。
小動物をかかる状態に保ちながら、サーモカメラによって撮像することで、薬剤、ワクチン、アジュバント等の投与に起因する体温変化を正確に測定することが可能となる。
当該システムでは、図1に示すように、少なくともサーモカメラが恒温槽に設けられていればよい。
サーモカメラによって得られた撮像データを温度分布を示す画像とするためには、サーモグラフィ装置の本体部分(該撮像データを処理し熱画像を出力するよう構成されたコンピュータを含んだ処理装置)や画像表示装置(ディスプレイやプリンターなど)が必要であるが、それらは付帯装置として当該システムに含んでもよいし、使用者が別途用意する外部の機器であってもよい。
サーモカメラとサーモグラフィ装置の本体部分とは、必ずしも分離している必要はなく、両者が一体になったコンパクトな撮影表示装置であってもよいし、さらにそこから別の処理装置へとデータ信号を取り出す構成としてもよい。
サーモカメラは、サーモグラフィ用のものであれば、動画を撮像し得るカメラであっても、静止画専用のカメラであっても、両者の複合機であってもよい。
〔サーモカメラが、実験用小動物を、該恒温槽内に収容された状態のままで撮像し得るように、該恒温槽内に配置されている〕とは、サーモカメラ全体が槽内に収容された態様だけでなく、図1に示すように、少なくとも該カメラの撮像用レンズ部が恒温槽内に露出して小動物が撮像可能な状態になっている態様をも含むことを意味する。また、サーモカメラの配置に伴い、該カメラに対する断熱対策や保護ケースなどは適宜設ければよい。
図1〜3の態様では、仕切り12によって別個の領域に分けられて収容された各小動物Aを、1つのサーモカメラ2にて1つの画像内に収まるように撮像する構成となっている。
同図の例では、サーモグラフィ装置全体が当該システムに含まれている。サーモカメラ2は本体部分(コンピュータ)3に接続され、該サーモカメラ2によって撮像された画像のデータが、本体部分3において解析処理され、温度分布を示す画像として、画像表示装置4に表示される構成となっている。
画像表示装置は、液晶ディスプレイやCRTディスプレイの他、プリンターなどであってもよいが、画像は、白黒よりもカラーの方が判り易い。
図3のシステム構成例では、別個の装置が互いに接続された態様となっているが、これらの装置を1つの筐体内に一体的に組み込んだ態様としてもよい。
少なくともマウスの場合、槽内の温度を低めに設定すると、発熱よりも体表面からの放熱が上回る可能性が高い。このため例えば、下記実施例で示すように、リポポリサッカリド(LPS)投与で生じる体温上昇を本発明のシステムで測定するためには、槽内の温度を約30℃に設定する必要があった。
当該システムを使用する場合には、使用する動物の種類や大きさに応じて、また実験目的に応じて、適切な環境温度を設定することが大切である。
本実施例では、当該システムとして図1に示す態様のものを構築し、実際にマウスにLPSを投与し、該マウスを当該システムの恒温槽内に配置して、マウスの体温変化を測定した。
実験方法:
恒温槽としては、Sanyo製のMIR−254(700mm×580mm×1618mm;外寸、600mm×320mm×1100mm;内寸)、サーモカメラとしてはFLIR SYSTEMS社製のFLIR b60(解像度180×180ピクセル、温度分解能0.08℃)、データ処理用のノート型パソコンで熱測定システムを構成した。この槽内に320mm×210mm×300mmの容器を用意し、仕切りにより4区画に分けた。4区画それぞれにマウスを一匹入れた。マウス一匹あたりの床面積は85mm×100mm。餌と水は自由に摂取できるようにした。
カメラを底面より810mmの高さに設置し、底面に対して垂直に撮像できるようにした。槽内温度は30℃に設定し、照明は午前6時より午後6時まで点灯させた(明暗周期は12:12)。
マウスを麻酔し、背部の体毛を電動のバリカンで剃毛した後、2〜3日上記環境で馴化飼育した。2匹をLPS群、残りの2匹を比較コントロール群として、LPS群には、LPSを生理食塩水に溶かし、1μg(200μl)腹腔内に投与、比較群には生理食塩水を同量投与した。体温の変化を1分おきにサーモカメラで撮影し、サーモグラフの画像としてノートパソコンに保存した。サーモグラフ画像から背部皮膚温の最高温度を経時的にプロットした。
実験結果:
図5の写真図のとおり、いずれのマウスにおいても背部皮膚で最も高い温度が測定された。また、図6のグラフに示されるとおり、LPS投与前における温度の経時変化を各マウスについてプロットすると、いずれのマウスにおいても個体間で大きなばらつきはなく、昼間は温度が低く夜間は温度が高い傾向を示したが、この測定結果はこれまでに報告されているテレメトリーシステムを用いて測定された結果(文献3: Kozak et al. Ann N Y Acad Sci. 1998 Sep 29; 856: 33-47.)と非常に良い一致をみた。これらのことから、当該システムによって十分な精度と再現性をもってマウスの体温を継続的に測定できた。
また、図7のグラフに示されるとおり、LPS投与マウスでは、照明下、すなわち、擬似的な昼間の環境下、において、活動程度が低い状態にも拘らず、LPS投与マウスの体温は明らかな上昇を示し、LPS投与による体温変化を精度良く測定することができた。ただし、マウスは夜行性であるため、照明のない環境では、生理食塩水を投与した比較対照マウスとLPS投与マウスとの間で体温変化に差はみられなかった。
2 サーモカメラ
A 実験用小動物
Claims (8)
- 複数の実験用小動物を収容し得る恒温槽と、
該実験用小動物を撮像しその体表面の温度を画像として表示し得るサーモグラフィ装置の撮像装置部であるサーモカメラとを、少なくとも有し、
前記恒温槽は、その槽内を実験用小動物の生存に適した温度および湿度することができる温度湿度制御手段、ならびに換気手段を少なくとも有し、且つ複数の実験用小動物を該恒温槽内に別個の領域に分けて収容し得るように、該恒温槽の槽内底部には、前記別個の領域を区画するための仕切りが設けられているものであり、
前記サーモカメラが、実験用小動物を、該恒温槽内に収容された状態のままで撮像し得るように、該恒温槽内に配置されている、
実験用小動物用の体温測定システム。 - 上記恒温槽が、その槽内に収容された実験用小動物の生存に適した光を照射し得るよう制御可能な照明手段をさらに有するものである、請求項1記載の体温測定システム。
- 上記恒温槽の温度湿度制御手段および照明手段によって、槽内の温度、湿度、照度を周期的に、または恒常的に、意図する環境に制御し得る構成となっている、請求項2記載の体温測定システム。
- 上記恒温槽が、その槽内に外界の音が伝わるのを抑制し得る防音構造をさらに有するものである、請求項1〜3のいずれか1項記載の体温測定システム。
- 上記サーモカメラによって撮像された画像のデータを解析し温度分布を示す画像として表示するよう構成された、サーモグラフィ装置の本体部分をさらに有する、請求項1〜4のいずれか1項記載の体温測定システム。
- 上記サーモカメラが、上記恒温槽の槽内上部に1つだけ配置されており、該1つのサーモカメラにて、槽内の実験用小動物を全て撮像する構成となっている、請求項1〜5のいずれか1項記載の体温測定システム。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の体温測定システムを用い、
前記体温測定システムの恒温槽の槽内を、実験用小動物の生存に適した温度および湿度として、該槽内で実験用小動物を飼育しながら、該体温測定システムのサーモカメラによって該実験用小動物を撮像し、該撮像データに基づいて、該実験用小動物の体表面の温度を画像として得ることを特徴とする、実験用小動物用の体温測定方法。 - 上記体温測定システムが、請求項3に記載の体温測定システムであって、
槽内の温度、湿度、照度を周期的に、または恒常的に、意図する環境に制御しながら、上記サーモカメラによって該実験用小動物を撮像する、請求項7記載の体温測定方法。
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