第四章实验动物的选择和应用

第四章实验动物的选择和应用一、实验动物的选择原则二、部分学科实验动物的选择和应用基本原则：根据研究目的和实验要求选择实验动物选择患有人类类似疾病的近交系和突变系选择科研、检定和生产上传统使用的实验动物选择来源容易、价格便宜的实验动物在缺乏专门技术条件下，选择温顺、易保持安定的实验动物在无完善检疫条件下，选择不易患病的实验动物尽量选择遗传背景明确、体内微生物得到控制的标准化合格的实验动物一、实验动物的选择原则具体原则1、根据与人的相似性选择动物2、根据解剖和生理学特点选择动物3、选用符合国家标准的实验动物4、动物年龄、体重的选择5、动物性别的选择6、动物品系的选择7、生理状态与健康状况8、动物的易获得性及成本9、动物的体型大小及可操作性1根据与人的相似性选择动物•选择在整体结构、功能和进化程度相似的动物•选择某些器官、系统的结构与人相似的实验动物选择在整体结构、功能和进化程度相似的动物1、灵长类实验动物：在分类学上与人地位最相近是传染病研究的理想动物，主要用于人脊髓灰质炎、结核、脑炎、麻疹的研究2、猕猴是研究人类生殖的首选动物：月经周期与人一样为28天；能发生各种形态与生物学性质与人相似的肿瘤；但价格昂贵6-7千元/只3、树鼰新陈代谢与人相似，主要用于乙型肝炎、睡眠生理和人疱疹病毒的研究选择某些器官、系统的结构与人相似的实验动物1、狗有发达的血液循环系统，消化过程基本上与人相似，毒理反应与人比较接近，主要用于营养学、药理学、行为科学和外科学的研究。2、猫反射机能与人相似，主要用于神经学、生理学、毒理学研究。3、猪皮肤组织结构和心血管系统与人相似，主要用于皮肤烧伤和心血管疾病的研究4、蛙用作简单的反射弧实验。猴、犬、大鼠与人在药物代谢方面的相似性动物种类与人相似性强中弱-无合计猴1215431犬5121431大鼠11317312根据解剖和生理学特点选择实验动物解剖特点生理特点1、狗的甲状旁腺位置固定，位于两个甲状腺端部的表面：用于甲状旁腺摘除的实验；汗腺不发达，不适合做发汗实验2、兔颈部交感神经、减压神经、迷走神经分别独立行走，人、犬、猫、猪、蛙的减压神经行走于迷走、交感神经中，观察减压神经的作用必须选兔。3、大鼠无胆囊，不适合做胆囊功能的研究，适合胆管插管收集胆汁，进行消化功能研究。解剖特点1、大小鼠性成熟早，繁殖周期短，产仔多，适合做避孕药物、雌激素、胚胎学研究。2、犬为红绿色盲3、呕吐实验用于狗、猫、鸽子为宜，兔、豚鼠呕吐反应不敏感，大小鼠无呕吐反应。4、兔对外界温度敏感，用于发热、解热、检查热源实验。5、豚鼠缺乏Vc合成酶，对Vc缺乏敏感，用作Vc的实验研究；豚鼠对青霉素等高度过敏，可用于变态反应实验。生理特点3选用标准化合格的实验动物实验动物标准化是科研活动准确性和重复性的重要条件标准化实验动物：遗传背景明确、饲养环境和体内微生物得到控制、符合一定标准的动物。遗传方面：近交系遗传的均质性和实验反应的稳定性较封闭群好，但封闭群动物能较好地代表自然群体。微生物方面：普通级：用于教学示范实验清洁级：目前国内科研要求的实验动物，适合于大多数科研课题SPF级：国际通用的实验动物，适合国际交流的科研课题。无菌及悉生动物：特殊课题需要。4实验动物年龄、体重的选择一般实验：选用成年动物慢性或长期实验：选用幼龄动物老年医学实验：选用老龄动物性成熟前后生长发育最快，而体成熟后生长发育趋缓。因此用性成熟前后动物做实验，如实验因素对动物生长发育有影响，就能很快反映出来。ICR小鼠SD大鼠动物体重动物体重小鼠18-28g大鼠180-280g豚鼠350-650g兔2-3Kg猫1.5-2.5Kg犬6-15Kg常用成年动物体重动物体重动物体重小鼠15-18g大鼠80-100g豚鼠150-200g兔1.5-1.8Kg猫1.0-1.5Kg犬6-8Kg慢性或长期实验动物体重选择实验动物种类最长寿命（年）平均寿命（年）猩猩3720狒狒2415猴3010犬2010猫3012家兔158豚鼠75大鼠53小鼠32猪2716山羊189常用实验动物的寿命注意事项•根据年龄判断体重或根据体重判断年龄要注意品种品系的不同•同批动物的年龄、体重尽可能一致，相差不应超过10%。•在选择动物时，必须了解所选动物的寿命、怀孕期、哺乳期等一些指标，这些指标对保证研究工作的顺利进行及试验结果的分析是非常有用的。5实验动物性别选择动物敏感性比较药物小鼠雄雌乙醇、氨基比林、氨基喋啶、氯仿、麦角固醇、烟碱大鼠雄雌肾上腺素、麦角、野白合碱、哇巴因、雄雌巴比妥类、印防已毒素、乙基硫氨酸、固醇类激素兔雄雌苯芘比猫雄雌二硝基苯酚犬雄雌地高辛在实验研究中如无特殊要求，一般宜选用雌雄各半，以避免由性别差异造成的误差。6实验动物品种品系选择不同种动物1、雌激素能终止大小鼠的早期妊娠，但不能终止人的妊娠。2、雌犬常发生乳腺肿瘤，但与人的乳腺癌表现形式不同3、吗啡对犬、兔、猴、大鼠和人主要是中枢抑制，对小鼠和猫起中枢兴奋作用4、降血脂药安妥明对犬使用可导致下肢瘫痪，对猴及其他动物没有这样的副作用。5、降胆固醇药氯苯氧异丁酸乙脂对犬的毒性较大，而对大鼠、猴和人的毒性不大不同种动物或同种动物不同品系对同一实验处理反应有很大差别不同品系动物1、小鼠对肾上腺皮质激素敏感，C57BL比DBA和BALB/c高12倍。2、小鼠对音响的刺激，DBA非常敏感，C57BL缺乏敏感3、小鼠对鼠痘感染，DBA、BALB/c、C3H易感，C57BL和AKR具有抵抗力。4、小鼠对Newcastle病毒的反应，DBA/1、C3H引起肺炎，DBA/2引起脑炎5、白血病，AKR、C58高发，C3H、DBA低发。6、乳腺癌，C3H发病率97%，BALB/c、C57低发7生理状态与健康状况的选择1、动物的特殊生理状态如怀孕、哺乳等对实验结果影响很大。如非专门研究妊娠、哺乳等实验，应去除特殊生理状态的动物，以减少结果的个体差异。2、健康动物对刺激的耐受性较患病动物高。3、外购的实验动物，应适应性饲养、观察检疫1周以上，证实其身体健康后才开始实验。4、饥饿、衰竭、寒冷、炎热情况下，动物实验结果不稳定。应加强饲养管理，控制环境条件。8实验动物的易获得性和成本考虑根据科研经费的预算，在宏观上估计不会影响实验结果的前提下，选择最易获得、最经济、最易饲养管理的实验动物进行实验研究。开题前应做好调查，以免在准备实施计划时，才发现无法获得所需实验动物，而十分尴尬。9实验动物体型大小及操作的可行性考虑应该注意的是，科研中实验动物的选择是上述选择原则和科研经费预算、并结合自己实验室硬件和软件条件综合考虑、权衡利弊的结果，并应充分预计选择的实验动物对实验结果的影响。二、部分学科研究中实验动物的选择和应用1、药理学研究2、药物安全性评价3、免疫学研究4、实验肿瘤学研究5、遗传学研究6、病毒学研究1药理学研究•药理学包括药效学、一般药理学和药物代谢动力学等，除了小部分药效学研究可用体外或离体动物实验外，一般药效学和药物代谢动力学研究都离不开整体动物实验研究。•大部分药效学研究要使用动物模型•选择何种动物，应参考上述的实验动物选择原则和实验的具体要求进行，如对动物进行长时间多次采样，则用小动物是不合适的。•为了观察不同种属动物对药物的反应性，最好同时选用两种以上动物。2药物安全性评价单次给药毒性试验多次给药毒性试验安全性药理试验遗传毒性试验生殖毒性试验免疫原性试验致癌试验毒代动力学试验药物安全性评价是新药在上市前所必须做的一项研究，用来了解药物对各系统、器官脏器的毒性作用药物研发---耗时漫长发现前6-7年5000-10000个化合物2503-6年一期二期三期志愿试验人数20-80100-3001000-30005提交新药研究0.5-2年一种药品获得FDA批准提交新药申请材料四期：上市后的监督工作非临床安全性试验（GLP）临床试验（GCP）急性毒性试验是通过单次或短时间内多次给药，了解动物所产生的毒性反应及其严重程度，为临床安全用药及监测提供参考。急性毒性试验一般用啮齿类小鼠。一般选用昆明种、ICR或NIH等封闭群，雌雄各半，体重18~22g（约4~5周龄），同批动物体重相差不超过4g。分为4-6个剂量组。申报一类新药至少必须用两种动物，除了啮齿类动物外，非啮齿类最好用比格犬。犬用成年犬，体重8~10kg。（一）急性毒性试验长期毒性试验是通过连续反复多次给药，观察动物出现的毒性反应，剂量与毒性的关系，主要靶器官是什么，毒性反应的性质和程度以及毒性反应是否可逆等。长期毒性试验要求用两种动物。啮齿类首选大鼠；非啮齿类动物当供试品为化学品时首选比格犬，当供试品为生物药品时，要用猴。（二）长期毒性试验大鼠可选用SD或Wistar大鼠，体重要求180~220g（约6~8周龄），体重差异应不超过平均体重的20%。试验周期在3个月以上，可选用120~160g（约5~6周龄）。每组雌雄各半。比格犬一般用6~12月龄，试验前适应观察2周，必要时需要接种疫苗和驱除肠道寄生虫。猴子采用成年猴，3-5岁（3.5-6.5kg），试验前适应观察1个月，必要时需要接种疫苗和驱除肠道寄生虫。（二）长期毒性试验一般设定3个剂量组。低剂量组目的是寻找动物安全剂量范围，为临床剂量设计作参考。此剂量下应不出现毒性反应。高剂量组目的是为寻找毒性靶器官、毒性反应症状及抢救措施提供依据，也为临床毒性及不良反应监测提供参考，应使动物产生明显的或严重的毒性反应，或个别动物死亡。中剂量组应使动物产生轻微的或中度的毒性反应。（二）长期毒性试验皮肤给药毒性试验包括•皮肤给药急性试验、•长期毒性试验、•皮肤刺激实验、•皮肤过敏试验。采用的实验动物为兔、豚鼠和大鼠，首选兔。体重要求兔2kg左右、豚鼠300g，大鼠200g，雌雄各半。给药前24小时将动物背部脊柱两侧被毛脱去，脱毛范围约相当于体表面积的10%，兔约150cm2，豚鼠、大鼠约40cm2左右。一般一侧脱毛区为给药区，一侧脱毛区为赋形剂区。（三）皮肤给药毒性试验3免疫学研究（一）免疫学研究•在抗感染免疫、免疫生物学研究中应用最广的是Balb/c小鼠和各种免疫缺陷动物•在自身免疫性疾病和系统性红斑狼疮的研究中，应用最广的是新西兰黑（NZB）以及新西兰黑和新西兰白的杂交F1代（NZB×NZWF1）小鼠动物模型。•在变态反应研究中，豚鼠应用得比较多。（二）免疫学应用1．单克隆抗体的制备：Balb/c2．免疫血清的制备:兔、羊3．提供补体：豚鼠（一）免疫学研究•在移植免疫研究中，引起移植免疫反应的抗原称为移植抗原或组织相容性抗原。在小鼠，这一抗原系统称为H-2抗原系统，已经研究得很透彻。不同近交品系小鼠有不同的H-2型，二个相同H-2型品系小鼠间移植，可不发生排斥反应。3免疫学研究4实验肿瘤学研究（一）自发性肿瘤模型•在自发性肿瘤动物模型中，利用小鼠生长快、生命周期短、近交品系多、自发性肿瘤与人类肿瘤发病相似等特点，可以选用具有不同的遗传性状特点的近交系动物进行肿瘤遗传学和肿瘤病因学研究。•缺点:不易同时获得大批病程相似的自发性肿瘤动物，又因这种肿瘤生长较慢，实验周期相对较长，所以一般很少用于筛药。（二）诱发性肿瘤模型用化学致癌物、射线或病毒均可在各类动物中诱发不同类型的肿瘤。如用强化学致癌物二甲基苯蒽（DMBA）和甲基胆蒽可诱发乳腺癌，二苯苄芘诱发纤维肉瘤，二乙基硝胺（DEN）诱发大鼠肝癌，黄曲霉素诱发大鼠肝癌等。在使用化学剂致癌时，要注意各类化学致癌剂对动物致癌的特点芳香胺及偶氮染料：长期反复亚硝胺类：小剂量一次给药黄曲霉毒素：已知致癌剂中最强的一种4实验肿瘤学研究（三）移植肿瘤模型•移植肿瘤模型主要利用裸小鼠、裸大鼠及Scid小鼠。将人体肿瘤移植于免疫缺陷动物，因能保持其生物学特性，可用于研究人体肿瘤对药物的敏感性。常用的人癌组织移植的途径•皮下移植、•腹腔移植、•原位移植•肾囊膜下移植4实验肿瘤学研究5遗传学研究•在遗传学上用来研究阐明正常遗传及遗传性疾病机理的动物称为模式动物。•目前在遗传学研究上公认的模式动物有果蝇、线虫、斑马鱼和小鼠等。为什么