医学研究中实验动物选择和应用

医学研究中实验动物选择和应用内容一、实验动物的分类及其特点；二、常用实验动物及其特点；三、实验动物的选择要点。第一章概论医学研究的主要任务是预防与治疗人类的疾病，保障人民健康。它是通过临床研究和实验室研究两个基本途径来实现的，而不论临床研究还是实验室研究均离不开使用实验动物。第一节实验动物在医学发展中的地位和作用在药品、生物制品、农药、食品、添加剂、化工产品、化妆品、航天、放射性和军工产品的研究、试验与生产中，在进出口商品检验中，实验动物是不可缺少的材料，并且总是做为人类的替身，去承担安全评价和效果试验，在生命科学领域内一些研究课题的确立，成果水平的高低，都决定于实验动物的质量，没有它，我们的科学实验就不能在时间、空间和研究者之间进行比较，我们的科研成果、论文就不能在国际上进行交流，得不到国际的公认，将被国际同行们看为科学水平不高甚至是一堆废纸。我们的生命科学就不能走向世界。根据统计，世界上生物医学研究论文的60%以上是采用实验动物来进行的。可见动物实验在医学的发展过程中起着极其重要和推动性的作用。在生命科学研究领域内，进行实验研究所需要的基本条件可以总括为：实验动物（Animal）、设备（Equipment）、信息（Information）和试剂（Reagent）。我们可以把它们看作是生命科学实验研究中的基本要素，可简称为AEIR要素。这四个基本要素，在整个生命科学研究实验中，具有同等重要的地位，不能忽略或偏废。第二节实验动物的基本概念以往，把实验用动物非常含糊地称为实验动物，现在必须加以纠正，两者应该明确区分。实验用动物就是指一切用于实验的动物，其中除了符合严格要求的实验动物(Laboratoryanimal)外，还包括家畜（产业家畜和社会家畜）和野生动物，这三类统称为实验用动物（AnimalforResearch,或ExperimentalAnimal）。1.实验动物：经人工培育，对其携带的微生物实行控制，遗传学背景明确或来源清楚，用于科学研究、教学、生物制品或药品鉴定以及其它科学实验的动物。2.家畜（禽）：以满足人类社会生活需要而生产的动物。3.野生动物：直接从野外捕获的动物。在动物实验上，特别重视反应的重复性，这三类动物有较大的差异。所谓反应的重复性就是指不同的实验工作者，在不同的实验地点，不同的时间，用同一品系动物所做的的实验，几乎没有差异地均能获得相同的结果。这就希望动物实验能达到象化学分析天平称量那样的精确度。家畜实验动物动物健康无病忽视非致病微生物或无症状性感染控制动物疾病、非致病但干扰实验结果的微生物或无症状性感染。无菌动物、悉生动物实验用动物微生物学控制重点的差异家畜实验动物培育高生产性能的的优良品种；利用杂交优势；要求高的泌乳能力（乳牛），产蛋能力（家禽），肥育能力（肉用家畜），产毛能力（皮毛动物）等。培育近亲交配的纯系动物，以保持个体的均一性；通过遗传学手段将具有同人相类似疾病的动物，积极地把它培育后保留下来，建立“疾病模型”的品系。既要培育耐病性高的形质（例如低癌品系），同时又要培育耐病性低的形质（例如高癌品系），以适应研究的需要，实验用动物遗传学控制重点的差异第三节实验用动物的分类根据自然分类法，生物可分为两大界，即动物界和植物界。界（Kingdom）以下分为门（Phylum）、纲（Class）、目（Order）、科（Family）、属（Genus）、种（Species）等。除此之外还可用亚门、亚纲、亚目、亚科、亚属、亚种，变种等来表示更细的分类等级。随着实验动物的进展，实验动物的分类方法愈来愈细，也更加科学化，通过了解下面的几种分类方法，同时可扼要地了解实验动物的来源和发展情况。一、按实际用途分类1．实验动物（Laboratoryanimals）是经人工培育，对其携带的微生物实行控制，遗传学背景明确或来源清楚，用于科学研究、教学、生物制品或药品鉴定以及其它科学实验的动物。2．经济动物或称家畜家禽：是指作为人类社会生活需要（如肉用、乳用、蛋用、皮毛用等）而驯养、培育、繁殖生产的动物。转为实验用的有：产业家畜（猪、马、牛、羊、鸡、鸭、鹅、鸽、兔、鱼类等）和社会家畜（犬、猫、金鱼等），其中一部分虽已培育成能达到作为实验动物的目标，但与具有高标准水平的鼠类相比，其品质还不能说是很高的。3．野生动物（Wildamimals）：是指作为人类需要，从自然界捕获的、没有进行人工繁殖、饲养的动物。例如两栖类、爬虫类（青蛙、蟾蜍、蝾螈、水龟等）；鱼类（鲫鱼、泥鳅等）；无脊椎动物（蛤蜊类、墨鱼类、蟹类、海胆类、蝇类、蚊类、蟑螂等）；鸟类；啮齿类（如黑线仓鼠、长爪砂鼠、黑线姬鼠等野鼠）；灵长类（猿猴）等，这些野生动物，除少数外，一般均不能进行人工繁殖生产。4．观赏动物（Exihibitinganimals）：是指作为人类玩赏和公园里供人观赏而饲养的动物，如踏车小白鼠、玩赏犬和猫等。二、按遗传学控制原理分类实验动物被称为“活的试剂”的“活的测定器”。在动物实验时，就需要有纯度高的、敏感性强的，适合各种实验目的要求的品系动物。目前，按遗传学控制方法，根据基因纯合的程度，把实验动物分类为：近交系、突变系、杂交群、封闭群四类，其规定要求各不相同。而杂种是未经遗传学控制而进行无计划交配繁殖的动物，故不属于本分类范围。按遗传学控制方法，实验动物的分类及其主要特点：㈠近交系动物（Inbredstrainanimals）：实验动物的近交（Inbreeding）即近亲繁殖，是指血缘关系极为相近的个体之间或遗传组成极相似的个体之间进行的交配繁殖。近交系动物一般称为之纯系动物。是采用兄妹交配或亲子交配（父母与子女交配），连续繁殖20代以上而培育出来的纯品系动物。一般以小鼠为典型代表。近交后引起的变化1、近交可以增多纯合性：近交系动物是通过长期近亲交配而建立的。通过纯育后，动物的杂合性逐渐降低，因而纯度逐渐增高，使基因位点变为纯合子，使它们的表现型趋向一致性。亲代A×aF1Aa×AaF2AAAaaaF3AAAAAaaaaaF4AAAAAAAaaaaaaaC57BL黑色a，C3H野鼠色，二者皆为纯合子。二者杂交：近交程度：种系中纯合性的程度通常以近交系数（F）和血缘系数（R）来表示：近交系数——也就是一个种系的个体中，将基因的纯化程度用百分比来表示；血缘系数——是将群体中个体之间基因组成的相似程度用数值来表示。F值和R值随近交繁殖连续的代数而递增。2、近交可将群体分离为不同基因型的品系：原始种群经过近交分为若干近交系，在不同等位基因的不同位点上变为纯合子。原始种群的小鼠兄妹交配连续20代之后分离出两支等位基因A和a的近交品系：1．等位基因A的品系；2．等位基因a的品系。3、近交可引起近交衰退：亲缘接近的交配所产生的后代常常会出现生长、成活、生育、抗病、适应环境等能力的减退，这种现象称之为近交衰退，如何克服和解决这个问题，是培育近交系动物的关键所在。很多学者认为，较大动物的纯种培育很难获得成功。例如犬和猫连续兄妹交配20代需经20年左右。鸡和兔亦也花费较长时间。但目前毕竟因研究上的特别需要，已培育出兔、犬、猫、鸡、羊、猪等的若干近交系。有些学者提议：禽类和兔的血缘系数达到80%以上时（相当兄妹交配四代），即可称为近交系。使用近交系的主要优点1．具有相同的基因型，表现型也一致，所以其反应是一致的，实验结果正确、可靠。2．各品系均有其独特的特性，根据实验目的可选用不同品系来作实验，实验重复性好，所用动物少，实验周期短，节省人力、物力和时间。3．国际上分布广泛，不同国家的科研单位由于使用同一近交系动物所取得的结果是相似的，便于国内和国际间学术交流和实验重复。4．有大量的历史资料可查，每个品系均有其详细的遗传学资料，遗传背景明确，其生物学特性、生理生化特点、常见疾病（包括自发性疾病）等都有过系统的研究，便于研究者查阅和选择应用。近交系动物在生物医学研究中的应用近交系动物首先应用于遗传学研究，以后又为肿瘤和免疫学家所重视。在肿瘤的研究工作中应用最广泛，培育的品系也最多，对肿瘤的病因学、发病学、实验治疗和新抗癌药物的研究等都发挥了重要作用。㈡突变系动物（Mutantstrainanimals）是保持有特殊的突变基因的品系动物，也就是正常染色体的基因发生了变异的、具有各种遗传缺陷的品系动物。在小鼠和大鼠中，通过自然突变和人工定向突变，已培育出很多突变品系动物。基因突变动物在遗传学上不是一个单独的遗传类别，它涉及近交系和封闭群两类动物。基因突变发生在近交系即为同源突变近交系；基因突变发生在封闭群，即为封闭群突变种。突变品系主要表现研究应用肌萎缩症（dy）小鼠进行性肌衰弱和广泛性的肌萎缩肌萎缩症、肌肉营养障碍症肥胖症小鼠（ob）和大鼠（fa）肥胖，饮食多，血胰岛素高肥胖症侏儒症（dw）小鼠矮小畸形、短尾、短鼻、继发性粘液性水肿内分泌如生长素和促甲状腺素研究糖尿病小鼠（db）和大鼠（di）肥胖并糖尿病、高血糖、蛋白尿、烦渴遗传性糖尿病骨骼硬化症（op）小鼠骨质硬化，骨髓消失人骨髓硬化症贫血小鼠和大鼠多种贫血贫血白内障（Cat）大鼠白内障眼科常用的突变品系突变品系主要表现研究应用尿崩症（di)大鼠多尿，低渗透压遗传性下丘脑尿崩症血胆红素过多症（黄疸）（Jaudice,j）大鼠黄疸婴儿的先天性血胆红素过多综合征色素瘤性视网膜炎大鼠视网膜发育后期即开始的光感受细胞的进行性丧失人类的色素瘤性视网膜炎无脾（As）小鼠脾脏完全缺如脾脏功能、血吸虫病视网膜退化（rd）鼠进行性视网膜硬化，有色素沉着及视网膜血管闭锁人类的色素性视网膜炎针尾（Pt）突变鼠椎间盘逐龄产生快速退化人类的椎间盘突出症自发性高血压大鼠（SHR）自发性高血压高血压癫痫突变型大鼠发作癫痫人类癫痫病多种免疫缺陷小鼠无T细胞或无B细胞或无T、B细胞或无K细胞或无T、B、K细胞或无巨噬细胞免疫、血液病、器官移植、肿瘤、病毒等其它还有各类突变模型动物先天性畸形、各种肾异常、巨结肠小鼠、睾丸雌性化或假两性畸形大鼠、隐睾症、新西兰高血压大鼠、各种神经麻痹、各种中枢神经异常、苯丙酮酸尿症、自身免疫性疾病、无毛小鼠、裸小鼠、裸大鼠等。㈢杂交群动物也称杂交一代动物或系统杂交动物。是指两个近交品系动物之间进行有计划交配所获得的第一代动物。简称F1动物。例如由C57BL/6J和DBA/2小鼠交配后培育的第一代为DBF1或D2B6F1，C57L/J和A/He交配后的第一代为LAF1。实验动物“F1”与一般遗传学上所谓的F1不一样：一般的F1根本就是杂种，其个体之间差异很大，因为其亲本本身是杂种。实验动物的F1虽然也是杂种，但是它们个体之间却很均一，大家都杂得一样，所以个体与个体基本上还是相同的，这是由于它们的两个亲本本身就是纯种。但F1动物是不能培育纯系的，因为在仔二代（F2）时，会发生遗传上的性状分离。亲代A×aF1Aa×AaF2AAAaaaF3AAAAAaaaaaF4AAAAAAAaaaaaaa使用F1动物的优点综合起来F1动物具有以下优点：1．具有杂交优势，生命力强，适应性和抗病力强，繁殖旺盛等优点，在很大的程度上可以克服因近交繁殖所引起的近交衰退现象。2．具有纯系动物基本相似的遗传均质性。虽然它的基因不是纯合子，但基因型是整齐一致的，遗传性是稳定的，表现型也一致，因此它基本上具有近交系动物的特点。3．对各种实验结果重复性好，精确度高。4．国际上分布广，已广泛用于各类实验研究，实验结果便于在国际间进行重复和交流。上述F1动物的特点，说明为什么有了近交系动物，还要培育F1动物。F1动物在生物医学研究中的应用1、干细胞的研究2、移植免疫的研究3、细胞动力学研究4、单克隆抗体研究㈣封闭群动物（Closedcolonyanimals）：封闭群动物是指一个种群在五年以上既不以近交形式进行交配，也不从外部引进新种，仅在封闭条件下的一定群体中进行随机交配繁殖的动物群。在这固定的一群动物中，有的可能有近交关系，有的则无近交关系，但都要避免兄妹交配，保持其一定的遗传差异。例如Wistar大鼠、昆明种（瑞士种）小鼠、青紫兔、新西兰白