生物医学研究课题中实验动物的选择和应用.ppt

中国医学科学院医学生物学研究所,1,生物医学研究课题中实验动物 的选择和应用 和应用,代 解 杰（Tel：8181259；Email:）,中国医学科学院医学生物学研究所,2,前 言,任何科学研究、医疗实践、生物制品的生产和检定都离不开实验动物，为了保证实验结果的科学性、重复性，必须选择标准化及与实验目的相适应的实验动物。在某种意义上讲，选择适宜的实验动物来进行实验，是科学研究成功的关键。,中国医学科学院医学生物学研究所,3,第一节 选择实验动物的原则,实验动物种类繁多，实验动物的选择是一个内容复杂的问题，不同的实验有不同的目 的、要求，而各种动物又有各自的生物学特性和解剖生理特征，因而不能随便选一种动物来进行某项实验研究。事实上，每项科学实验都有其最适合的实验动物，如果选择得当，则可节约人力、动物和时间，以最小的代价最大限度地获得可靠的实验结果。否则，不仅会造成不必要的浪费，而且会影响实验结果的判断。因此，掌握正确的实验动物选择方法非常重要。对于生物医学研究而言，正确选择实验动物应遵循以下基本原则。,中国医学科学院医学生物学研究所,4,一、相似性原则,在动物实验中，动物的选择通常依据对试验品的敏感程度，或试验品在体内的代谢转化与人体的相似性来确定。利用实验动物某些与人类相近似的特性，通过动物实验对人类的疾病发生和发展的规律进行推断和探索。,中国医学科学院医学生物学研究所,5,1结构、功能及代谢的相似性,一般来说，实验动物进化层次愈高，其功能、结构愈复杂，反应也愈接近人类。猴、猩猩、狒狒、长臂猿等灵长类动物是最类似人的实验动物。它们是研究人类脊髓灰质炎、脑炎、痢疾、肝炎、麻疹等传染病的理想动物，也是放射医学、牙科学、生理学、免疫学、营养学的良好动物模型。猕猴生殖生理和人非常相似，是人类生殖课题研究的首选动物。,中国医学科学院医学生物学研究所,6,2年龄的近似性,不同种属实验动物的寿命长短不一，但大多数比人的寿命短。选择实验动物时必须了解有关动物的寿命，并安排与人的某年龄时期相应的动物进行实验研究。,中国医学科学院医学生物学研究所,7,常用实验动物的寿命,动物种类 最长寿命(年)平均寿命(年)猩猩 37 20 狒狒 24 15 猴 30 10 犬 20 10 猫 30 12 家兔 15 8 豚鼠 7 5 大鼠 5 3 小鼠 3 2 猪 27 16 山羊 18 9 田鼠 3 2,中国医学科学院医学生物学研究所,8,人和各种实验动物的年龄对应,中国医学科学院医学生物学研究所,9,3.疾病特点的相似性,许多自发或诱发性疾病模型能局部或全部地反映出与人类相似的疾病过程临床表现。其疾病特点，有些可经遗传育种方法逐渐固定于动物品系之中；有些则可用各种手段在动物身上诱发复制。可根据研究目的，选择合适的疾病动物模型进行实验研究。,中国医学科学院医学生物学研究所,10,4.操作实感的相似性,为临床操作打基础的动物实验，应选用与临床操作较接近的动物。如模拟人类心脏移植，练习手术操作的动物实验，可选择猪器官作实验材料，因为猪的心脏形态大小与人很接近。,中国医学科学院医学生物学研究所,11,二、差异性原则,利用各种实验动物在基因型、组织型、代谢型、易感性等特点上的差别，选用不同种系实验动物的某些特殊反应，更适合于不同研究目的的需求。如：家兔颈部的交感神经、迷走神经、减压神经是分别存在、独立行走的，而人、猪、犬、猫等减压神经并不单独行走，如果要观察减压神经对心脏的作用，选择家兔更合适。,中国医学科学院医学生物学研究所,12,家犬是红绿色盲，不能以红绿为刺激条件进行条件反射实验；其汗腺不发达，不宜选作发汗实验；胰腺小，适宜作胰腺摘除术；胃小，易作胃导管，便于进行胃肠道生理的研究。大鼠无胆囊，不会呕吐，不能做胆功能观察或催吐实验。狗、猫、猴等动物呕吐反应敏感，则宜选用。家兔对体温变化十分敏感，宜选做发热、解热和检查热原的实验研究，大鼠、小鼠体温调节不稳定，不宜选用。一般动物可自身合成维生素C，豚鼠则不能合成，因而可用来做Vc缺乏试验。,二、差异性原则,中国医学科学院医学生物学研究所,13,三、易化性原则,在动物实验过程中，进化程度高、结构功能复杂的实验动物，有时会给实验条件控制和实验结果分析带来难以预料的困难。因此，在确保研究目标的前提下，可选择结构、功能较简单的实验动物。,中国医学科学院医学生物学研究所,14,四、相容或相匹配原则,在设计动物实验时，所选用的动物质量等级要与实验设计、实验条件、实验者的技术、方法及试剂性能等相匹配。避免应用高精仪器、先进的技术方法、高纯度的试剂与低质量、非标准化、反应性能低的动物相匹配，或利用低性能的测试手段、非标准化的实验设施与高质量、高反应性能的动物相匹配。如果将经过微生物控制的SPF动物或无菌动物购回后，饲养在普通环境中进行实验，无疑也是对实验动物资源的一种浪费。,中国医学科学院医学生物学研究所,15,五、可获性原则,实验大鼠、小鼠是在生物医学领域用量多，用途最广的实验动物。而灵长类大型实验动物，虽然在许多方面有着不可替代的优越性，但由于繁殖周期长，繁殖率低，饲养管理困难，价格昂贵等因素而影响了其易获性，不能得到普及使用。在不影响实验质量的前提下，选用最易获得、最经济、最易饲养管理的动物是实验研究时必须坚持的原则。,中国医学科学院医学生物学研究所,16,六、重复性和均一性原则,重复性和均一性是实验结果可靠、稳定的重要保证。生物医学实验应选用标准化实验动物，才能排除因遗传上的不均质引起的个体反应差异，排除动物所携带微生物、寄生虫和潜在疾病对实验结果的影响，获得可靠的实验结果，并便于在国际上与同类研究进行比较和交流。在标准化实验动物中，近交系n代动物、突变系动物均有很好的遗传均质性，个体差异小，而SPF动物则是排除了一切疾病影响的健康动物。医学科学研究中应杜绝使用随意交配而来的杂种动物或未经任何微生物控制的非标准动物。,中国医学科学院医学生物学研究所,17,第二节 选择实验动物应注意的问题,动物对外界刺激的反应存在着个体差异。为了减少实验误差，在动物的选择上还应注意动物年龄、体重、性别、生理状态、健康状况及动物品系、等级等因素。,中国医学科学院医学生物学研究所,18,一、年龄与体重,年龄是一个重要的生物量，实验动物的机体反应性随年龄而有明显变化。幼年动物往往较成年动物敏感。不同年龄尤其是年龄差距较大的动物，对药物的毒性反应亦有差异。因此，急性毒性试验规定小鼠体重在1822g，其目的在于减少由体重、年龄差距造成的影响。同一实验中，动物体重应尽可能一致，若相差悬殊，则易增加动物反应的个体差异，影响实验结果的正确性。,中国医学科学院医学生物学研究所,19,二、性别,实验动物对药物的毒性反应有性别差异，并主要表现在成年动物。一般而言，雌性动物对药物的敏感性高于雄性，但随着受试物不同而异。在医学科学研究中，通常选择实验动物应雌雄各半。若发现有明显的性别差异时，则应分别测定不同性别实验动物的LD50值。,中国医学科学院医学生物学研究所,20,三、生理及功能状态,实验动物在处于特殊的生理状态如怀孕、哺乳时，其体重及某些生理生化指标将有所不同。一般实验研究不宜采用怀孕、哺乳的实验动物。但为了某种特定的实验目的，如为了阐明药物对妊娠及产前胎儿的影响时，就必须选用妊娠和哺乳期的实验动物。环境条件可影响实验动物的生化指标。如：在1517温度下禁食12h的成年大鼠，肾上腺的维生素C含量为306mg100g，但在2022状态下饲养10d，肾上腺的维生素C含量则升为456mg100g,中国医学科学院医学生物学研究所,21,四、健康状况,动物健康状况对实验结果正确与否有直接的影响。患病动物对药物的耐受性较健康动物小，因而患病动物容易在实验过程中中毒死亡。为确保实验动物健康，要做好实验前的动物健康检查工作。对于实验动物疾病，原则上只作预防，不作治疗。但对于一些珍贵的动物，发现异常表现时，应确诊其疾病，并采取相应的防治措施。,中国医学科学院医学生物学研究所,22,五、品系与等级,品系和等级能分别表示实验动物按遗传学控制和微生物控制的标准化条件。,中国医学科学院医学生物学研究所,23,第三节 动物实验准备与描述,动物实验准备是决定动物实验成败的一个重要环节，而动物实验的描述则关系到研究论文质量高低。,中国医学科学院医学生物学研究所,24,一、动物实验的准备与管理,1.动物实验室(实验目的、实验规模、动物实验周期）2.实验室面积（动物种类、数量和饲养时间，对室内温度、湿度、氨浓度等环境条件的调控）3.标准动物实验室（实验前的彻底清洗与消毒）4.动物的器具、器材（饮水瓶笼盒及盖至少准备2套，准备好笼卡、记录本、垫料、饲料、台秤、温度计、湿度计等必需物品）5.实验过程中应按设计要求和饲养操作规程进行饲养管理,中国医学科学院医学生物学研究所,25,二、动物的购入,从具有相应质量合格证的实验动物供应单位订购所需要的实验动物。购人时，应向供应单位及时索取动物的遗传背景、微生物背景、质量合格证、动物年龄、体重、健康营养状况等资料，必要时要求对方提供方便运输的有关证明材料。购入动物回本单位后，检测动物运输容器是否完好，验收确认动物是否与订购要求一致，发现并剔除异常动物。雌雄分开，隔离饲养一段时间，使购入动物适应新的饲养环境。,中国医学科学院医学生物学研究所,26,三、动物实验的描述,动物实验研究报告或论文中关于实验动物和动物实验的描述主要有以下内容。1.实验动物种名 论文题目应标明实验动物种名2.实验动物的品种(系)3.实验动物来源、遗传背景、微生物背景4.实验动物和动物实验设施合格证 5.实验动物体重、性别、年龄。,中国医学科学院医学生物学研究所,27,三、动物实验的描述,6.实验室环境 温度、湿度、照度、噪声、光照 周期、氨浓度、季节等应描述清楚。如果使 用的是清洁级以上环境，还应叙述换气次数、压差、洁净等级等内容。7.动物饲养方式（密度、垫料、饲料饮水、笼盒等）8.技术路线方式（给药方式，腹腔注射，手术过程等）9.其他说明的内容（麻醉和麻醉方法，取材方法，材料 固定液，动物处死方法等）,中国医学科学院医学生物学研究所,28,三、动物实验的描述,总之，动物实验的描述应全面、详细、准确、简练。对实验动物和动物实验描述清楚的研究论文，不仅可避免学术交流中争论，而且可提高论文质量，对于从事系列研究和高、精、尖的研究尤为重要。,中国医学科学院医学生物学研究所,29,第四节 生物医学研究中实验动物应用 一、免疫学研究中实验动物的选择,(一)大鼠:大鼠对绵羊红细胞和牛r球蛋白的免疫反应有品系差异。大鼠有抗体IgE,蠕虫感染常能诱发大量的IgE抗体，它们存在于血液循环中,常规的免疫法只能使大鼠产生少量的抗体，在体内存在的时间较短。百日咳杆菌免疫大鼠主要产生IgE,如在此抗原中加入福氏完全佐剂，免疫大鼠则产生IgG。,中国医学科学院医学生物学研究所,30,(二)小鼠：小鼠的免疫球蛋白有IgM、IgA、IgE、IgGI、IgG2a和IgG2b。小鼠很少见到典型的迟发型变态反应，也不象其它动物那样有规律。能诱发速发型变态反应，其全身性过敏反应的特点是循环不畅，循环性虚脱，常在几小时甚至10到 20 分钟死亡。BALB/c小鼠常用于制备单克隆抗体。,中国医学科学院医学生物学研究所,31,(三)豚鼠：豚鼠中已确定的免疫球蛋白有：IgG(IgGI、IgG2)、IgA和IgE。IgGI 是变态反应的媒介，IgG2在抗原抗体的反应中起结合补体的作用。豚鼠除作为补体的来源外，还被用于结核菌素的皮内试验和接触过敏物质的迟发型变态反应的研究。豚鼠和人的结核菌素反应差别是有无细胞浸润，另外豚鼠的迟发型变态反应在24-48h达到高峰，人在48-96h达到高峰。,中国医学科学院医学生物学研究所,32,(四)兔：新西兰白兔常用于实验室制备抗体，及被用来作过敏反应的研究。由 IgG和IgE引出的过敏反应临床症状相似,机理都是抗原抗体结合和血小板白细胞凝集形成沉淀物，释放药理活性物质(组织胺和5-羟色胺)进入肺循环，在右心的流出道中产生一种机械和药理的联合作用，导致循环性虚脱。,中国医学科学院医学生物学研究所,33,(五)狗：狗的免疫球蛋白有IgG、IgM、IgA、IgG1、IgG2。在狗花粉病和各种蠕虫感染中发现IgE。Lewis等认为狗对颗粒性抗原能较好地产生抗体,但新生狗初次免疫反应所产生的抗体几乎是IgM类,成年狗产生的抗体几乎是IgM和IgG,这两种球蛋白的数量与初生狗的IgM几乎相等。新生狗在再次反应中能合成IgG和IgM。除人之外，狗是研究人的变态反应和气喘的适宜的实验模型。狗由豚草花粉(Raweed pillens)致敏后，血液和皮肤中出现IgE抗体。,中国医学科学院医学生物学研究所,34,二、肿瘤学研究中实验动物的选择,(一)昆明小鼠 肉瘤180（S180)、肉瘤37(S37)、艾氏癌腹水型(EAC)、艾氏癌实体型(EC)、肝癌实体型(Heps)、Harding-Passey黑色素瘤等，可接种昆明小鼠制备实验肿瘤模型。(二)615小鼠:用于小鼠网织细胞白血病L615的实验模型。(三)DBA/2小鼠:用于小鼠淋巴细胞白血病L1210的实验模型。(四)C57BL/6小鼠:用于Lewis肺癌，黑色素瘤B16，小鼠乳腺癌 M5076的实验模型。(五)Wistar大鼠:用于瓦克癌肉瘤W256，软骨肉瘤，吉田肉瘤 腹水型的实验模型。,中国医学科学院医学生物学研究所,35,三、药理学研究中实验动物的选择,药理学研究中一般选用小鼠、大鼠、豚鼠、家兔等。(一)急性毒性试验 常用小鼠，体重1822g，雌雄均可。每次510只，尾静脉注射或腹腔注射一定剂量药液，观察有无不良反应(如惊厥、四肢瘫痪、步伐不稳、竖毛、呼吸抑制等)或死亡现象。一般观察2448小时。,中国医学科学院医学生物学研究所,36,(二)亚急性和慢性毒性试验,可选小鼠，方法和急性毒性试验基本相似，但剂量小，小鼠按体重计算每天用人用剂量的2050倍口服或腹腔注射，连续观察18周。慢性毒性试验则需36个月。观察体重、进食量、进水量的变化，以及有无其它不良反应或死亡(包括内脏肉眼观察或组织切片检查)。必要时作血象、肝肾功能化验检查。该项实验也常用大鼠。,中国医学科学院医学生物学研究所,37,(三)半数致死量的测定,简称LD50.表示药物的毒性时比较灵敏准确。一般以每Kg多少mg表示(药物剂量/体重)。临床应用时一般取1/51/10 LD50开始试用，观察毒性和疗效。由小剂量，到大剂量逐步试用至不能耐受为止。测定LD50时常选用小鼠，体重1822g,雌雄均可,每次实验需30-60只，一般分56组，每组610只。给药途径与临床应用相同，有口服、腹腔注射、静脉注射。给药容量以每鼠0.5ml左右为宜。根据药物出现作用的快慢，一般观察14d或2472小时。以死亡为主要指标。,中国医学科学院医学生物学研究所,38,(四)过敏试验,取豚鼠6只，体重250350g，隔日腹腔注射药液0.5ml，共注射 3次。然后分成2组，分别在第一次注射药物的第14天及21天再从颈静脉注射原药液1ml。如有过敏反应,则在注射药物后几分钟内，豚鼠表现兴奋不安，呼吸困难，迅速窒息死亡。,中国医学科学院医学生物学研究所,39,(五)热原检查,热原是由细菌产生的一种毒素。注射剂中若含有热原，会使人发烧。检查热原使用的动物是家兔，一般选用3只，体重1.5kg以上，注射药物前测量肛门体温3次,取平均值(家兔的正常体温38.539.6)。然后耳静脉注射药液(12ml/Kg),注射药物后1小时、2小时、3小时各测体温1次。如3兔体温升高均不超过0.6,即合格,说明无热原。,中国医学科学院医学生物学研究所,40,四、其它医学研究中实验动物的选择,(一)计划生育中实验动物的选择 常选用成年大白鼠，灵长类动物等，如观察药物对实验动物的生殖率、精子数、精子活动力以及对雄性激素的影响，和雌性的生殖与避孕以及雌性激素的影响。,中国医学科学院医学生物学研究所,41,(二)病毒学研究中实验动物的选择,病毒学研究中常选用的实验动物有金黄地鼠、小白鼠、豚鼠、家兔、绵羊、禽类、猴等。分离病毒广泛使用的是乳鼠，它对柯萨琪病毒、呼吸道病毒和虫媒病毒感染有很高的易感性。选用实验动物不仅考虑它的易感性，还考虑接种途径，例单纯疱疹病毒的易感动物为家兔、豚鼠，接种途径分别是角膜、脑内和肉趾。,中国医学科学院医学生物学研究所,42,实验动物在人类病毒学发展史上起重要作用,主要用作分离病毒、抑制病毒的药物筛选、疫苗效果及安全性鉴定、制备病毒诊断试剂等。,中国医学科学院医学生物学研究所,43,1.黄热病毒,灵长类动物都易感，最为敏感的动物是恒河猴。小鼠对黄热病毒也敏感，纯血清接种的小白鼠尚能存活，而以稀释血清接种的小白鼠却于较短时间死亡。这一奇特现象的理由，可能是由于病人体内血清抗体早期出现之故。应用纯血清时，这些抗体中和了病毒的作用，而当应用稀释血清时，抗体浓度不足，但病毒在稀释后仍然具有活力。,中国医学科学院医学生物学研究所,44,2.乙脑病毒,乙脑病毒属于披盖病毒的B组虫蝶病毒。实验室内，乳鼠和成年小白鼠脑内接种后发生致死性脑炎，腹腔内接种后乳鼠发生致死性脑炎。恒河猴、食蟹猴和成年仓鼠脑内接种后发生致死性脑炎，但周围途径接种时只发生无症状的病毒血症。豚鼠和兔脑内或周围接种，蝙蝠、小鸡、和苍鹭周围接种后都只发生无症状的病毒血症。蝙蝠可保持感染，经过冬眠后重新发生病毒血症。,中国医学科学院医学生物学研究所,45,3.脊髓灰质炎病毒,恒河猴、长尾猴类以及狒狒类对脊髓灰质炎病毒较敏感。模型动物的接种方法可用腹腔注射、坐骨神经附近的深部肌肉注射、鼻腔滴注。实际操作中最好以不同方法混合接种。,中国医学科学院医学生物学研究所,46,4.流感病毒,属于正粘液病毒属。动物模型最好选用雪貂，也可用小白鼠、金黄地鼠、豚鼠、猴及猪。,中国医学科学院医学生物学研究所,47,5.麻疹病毒,除灵长类外，一般动物均不易感。1911年首次成功的传给猕猴。以后证明，除了接种和吸入外，其它种类的猴，如：猿类、恒河猴、崇猴、爪哇猴、矮猴等，对各种不同接种途径也易感染。其症状类似人类麻疹。潜伏期为3-22天，病毒血症期为4-15天，约一半动物有皮疹、结膜炎、卡它和发热。,中国医学科学院医学生物学研究所,48,6.甲型和乙型肝炎病毒,狨猴、黑猩猩、红面猴对HAV均易感，经口或静脉注射接种病毒后，可产生肝炎。黑猩猩是HBV的易感动物,狨猴虽可感染但不如前者敏感。因此用黑猩猩研究HBV的发病机理、检测自动免疫、被动免疫的效果以及HBV疫苗的安全性。,中国医学科学院医学生物学研究所,49,(三)老年病研究中实验动物的选择,用于老年医学研究的实验动物以哺乳类动物为主体，有小鼠、大鼠、豚鼠、兔、狗、猪、猴等，其中大鼠使用最多，并广泛用于各种项目的研究，其中以细胞生化学、消化器、激素、酶等的研究为主。小鼠的使用率虽比大鼠低，但用途广泛，以放射线、消化器、免疫、酶的研究为主。鱼类、两栖类、爬虫类以及无脊椎动物等，绝大多数被用以比较生物学的研究。,第五节 常用实验动物的应用价值,一、小鼠安全和毒性试验生物效应和药物效价测定药物筛选微生物、寄生虫病学研究放射学研究肿瘤学研究计划生育研究遗传性疾病研究免疫学研究老年病学研究.,中国医学科学院医学生物学研究所,50,二、大鼠生理学研究营养学研究代谢性疾病研究药物学研究肿瘤研究遗传学研究传染病研究牙科学研究计划生育的畸胎学、避孕药研究放射学研究,中国医学科学院医学生物学研究所,51,三、豚鼠免疫学中的过敏反应研究血清学研究营养学研究传染病学研究毒理学研究,中国医学科学院医学生物学研究所,52,四、家兔免疫学研究抗血清制备各种药品及生物制品的检定热原皮肤反应试验急性动物实验眼科研究生殖生理和避孕药研究代谢性疾病研究微生物学、寄生虫学病研究心血管和冠心病研究遗传性疾病研究,中国医学科学院医学生物学研究所,53,五、犬实验外科学研究基础医学研究药理、毒理学研究行为学研究肿瘤学研究放射学研究,中国医学科学院医学生物学研究所,54,六、猫生理学研究脑神经生理药理学研究血压传染性疾病炭疽病弓形体病研究,中国医学科学院医学生物学研究所,55,七、猕猴生理学研究传染病研究疫苗研究疾病动物模型研究药理、毒理学研究器官移植研究行为学及神经生物学研究畸胎学研究肿瘤学研究代谢性疾病研究,中国医学科学院医学生物学研究所,56,中国医学科学院医学生物学研究所,57,谢谢,中国医学科学院医学生物学研究所,58,复习题,1.实验动物选择的基本原则2.选择实验动物应注意的问题3.动物实验前应注意哪些准备4.研究论文中实验动物的描述包括哪些内 容,