实验动物在医学创新研究与发展中的作用

龙源期刊网实验动物在医学创新研究与发展中的作用作者：李继平等来源：《中国医药导报》2014年第31期[摘要]我国是临床疾病医学研究样本的资源大国，但并不是创新大国，解决疾病防治领域的诸多问题迫切需要医学科技创新突破。现代医学创新突破需要基础与临床的整合，而整合的纽带就是实验动物，基础医学研究的转化应用和临床治疗的前期验证都要通过使用实验动物来研究实现。我国生物医药科技领域在国际竞争中必须依托标准的实验动物。本研究全面阐述了实验动物在生命科学、疾病机制、转化医学等创新研究中所发挥的不可替代的作用，并引申提出了为促进医学创新发展，规范并促进我国实验动物科学发展的建议，以期为实验动物在医学创新中发挥更重要的“桥接作用”提供依据。[关键词]实验动物；医学创新；转化医学；资源[中图分类号]R331[文献标识码]A[文章编号]1673-7210（2014）11（a）-0152-04EffectofaboratoryanimalsinmedicalinnovationresearchanddevelopmentLIJipingJINJianQINChuanInstituteofLaboratoryAnimalScience，ChineseAcademyofMedicalSciences，Beijing100021，China[Abstract]Ourcountryisaleadingnationofclinicalandmedicalresearchresources，butnotabigpowerofinnovation.Tosolvethevariousproblemsindiseasecontrolandprevention，itisurgentlyneededtomakenewbreakthroughinmedicalscienceandtechnology.Modernmedicalbreakthroughinnovationrequiresintegrationofbasicandclinicalmedicalsciences，andlaboratoryanimalsarejustthebridginglinkofthisintegration.Boththetranslationalapplicationofbasicmedicalresearchandthepreliminaryvalidationofclinicaltherapyarerealizedthroughlaboratoryanimalstudies.Intheinternationalcompetitionofbiomedicalscienceandtechnology，ourworksmustbesupportedbyqualifiedlaboratoryanimals.Inthisarticle，wediscusstheirreplaceableroleoflaboratoryanimalsinresearchesoflifescience，diseasepathogenesis，translationalmedicine，etc.，andputforwardoursuggestionsonstandardizationandpromotionofthelaboratoryanimalsciencetopromotemedicalinnovationanddevelopmentinourcountry，inordertoprovidethebasisforexperimentalanimalsinmedicalinnovationtoplayamoreimportantbridgingeffect.[Keywords]Laboratoryanimals；Medicalinnovation；Translationalmedicine；Resources人类从对生命现象的初步认知，到利用现代技术手段对生命体进行改造，走过了一条漫长崎岖的科学之路，而沿途走过的每一处关隘、遇到的每一片风景，无一不与实验动物有着密切龙源期刊网的关系。在保障人类健康和优化生存环境的过程中，从解剖学、治疗学的进步，到各种药物、疫苗的研制，异体器官移植以及克隆技术等重大技术突破，都是首先在实验动物上获得成功。20世纪末人类基因组计划的实施，只是揭开了生命密码的基因组序列，但是，如何进一步读懂这些密码真正的生物学含义，进而服务于人类健康，依然离不开实验动物的巨大贡献[1]。近年来，针对基础研究与医学临床应用脱节的问题，科学家们提出了转化医学的概念[2]，力求打破基础医学与药物研发、临床及公共卫生之间的固有屏障，建立起从实验室到病床，从基础研究知识成果到临床和公共卫生防治的转化机制。毫无疑问，实验动物在医学创新中必将发挥出更重要的“桥接作用”。1实验动物在医学创新研究中的支撑作用1.1人类在已经取得的科技成就中实验动物功绩卓著有资料显示，在Pubmed网站上检索近30年的科研论文发现，有2000多万篇的SCI论文是利用实验动物模型进行相关研究，几乎涉及生命科学和医学研究的许多领域。其中Nature、Science、Cell等国际最高权威科学杂志刊出的生命科学论文中，使用动物模型的论文占35%～45%[3]。Science、Nature使用动物的论文占35%。自然医学杂志（NatMed）发表使用实验动物的论文占总数的71%，实验医学杂志（JEM）占45%，实验动物已成为医药科技创新的重要工具。2007～2011年，Science选出的50项重大科技进展中，生命科学占22项，其中利用实验动物的研究占13项。2012年，我国国家自然科学基金资助的生命科学和医学领域课题13449项中，其中使用实验动物的研究课题占40%左右，实验动物对我国生命科学、医药等领域研究的直接支撑作用彰显无遗[4]。1.2实验动物对未来社会发展与科技进步起到了重要的支撑作用随着现代科技发展与社会进步，人口数量猛增，寿命延长致老龄化严重，环境污染导致疾病频发、流行传染病肆虐。这些都成为后工业化时代各国普遍关注的问题。生命科学和生物医药是关系到每个家庭和民族健康的重大民生问题，所有用于人类及动物疾病治疗和预防的药物、疫苗、生物制品，以及化妆品安全、农药安全、食品安全、环境安全等都必须通过规范可靠的实验动物模型进行评价，尽管人们呼吁并开始寻求其他替代方法，但是真正做到实验动物的完全替代，还需要一个极其漫长复杂的过程。作为医药学研究不可替代的重要支撑条件，尤其是转化医学、比较医学的发展，实验动物模型对于生命基本规律和机理的阐明，特别是对于人类疾病的诊断、治疗、药物研发所起的作用越来越不可替代[5]。例如，利用基因工程动物进行功能基因组研究；通过基因打靶发现新基因和已知基因的新功能以及基因之间的相互作用；通过模型研究新药的靶基因、靶器官，作用机制和毒性作用等。1.3实验动物在多个科学领域中发挥着重要作用龙源期刊网实验动物是社会安全的技术储备《国家中长期科学和技术发展规划纲要》将公共安全列为重点领域，其中“食品安全与出入境检验检疫”和“生物安全保障”的重点内容无论是风险评估、污染物溯源还是各类毒剂在体内代谢研究，都不可能用人直接试验，需要实验动物作为体内研究的实验对象。如转基因食品的安全性需要实验动物的评价；疫苗及免疫佐剂、抗毒素与药物等的评价，不仅需要实验动物，而且需要疾病动物模型。尤其是突发流行性传染病，成为社会安全最大的威胁之一，近几年的SARS、H5N1、H1N1和H7N9流感、手足口病等疫情，都给社会带来巨大影响。实验动物在研究这些疫情的诊断、预防、治疗和新药研发等研究中发挥着不可替代的作用。1.3.2实验动物是转化医学的必要环节基础研究成果最终被用于临床，实现高效转化是目前世界各国积极研究探索的重点课题，无论生物技术药物研发还是相关医疗设备研制，通过安全有效性评价是获准上市的重要环节，药物的代谢、毒理、安全性，生物材料的组织相容性等研究均离不开实验动物资源支持。动物实验是临床前研究的核心内容，临床前研究结果的准确性和可靠性，是保证药物研发成功和降低临床研究风险的重要措施，而实验动物则是药物临床前研究的最重要的实验材料和对象，是新药研发的重要阶段，是评价药物有效性和安全性的基础工作。研究开发新型的实验动物和动物模型，和基于动物模型的干细胞和再生医学的动物实验，是促进生物医药临床前研究，实现转化研究的重要途径，对疾病的机理研究、药物有效性和安全性评价具有重要的科学意义和现实意义[6]。1.3.3动物模型是疾病机制研究的重要支撑创新药物的研制、临床治疗方法的改进、诊断试剂或诊疗设备的创新，均建立在对发病机制的深入理解上。寻找新的作用靶点、生物标志物成为当前研究的热点。病理机制、药物作用靶点、生物标志物等研究也离不开实验动物模型。我国传统的自发性动物模型的种类和数量远远不能满足医学研究和应用的需要，常规诱发性动物模型与人类疾病在其疾病的发生、发展表现方面并不十分吻合，不能全面反映人类疾病的本质，而转基因动物模型从基因水平、分子水平上研究人类疾病，揭示各个基因的各种功能所起的重要作用，并可以应用到新药筛选、基因治疗疗效评价、毒物测试，为临床提供指导意见[7]。1.3.4基因工程动物模型在生命科学基础研究中发挥重要基础作用生命过程的定量研究和系统整合，脑科学与认知科学，人类健康与疾病的生物学基础，蛋白质研究，发育与生殖研究等都是生命科学领域的重点研究任务。这些研究都需要在生命个体上进行或用相关模型进行验证，动物模型资源成为重要的基础支撑。2005年始，美国、加拿大和欧盟等即开始由政府资助系统性开展基因剔除小鼠计划，以促进建立新的疾病模型，试图在新药靶点的知识产权争夺战中抢占制高点。在过去几年里，虽然我国在啮齿类动物（大、小鼠）的转基因动物模型研究方面已取得了长足的发展，但在基因工程动物模型和资源品种研究方面，远远落后于发达国家。2我国实验动物科学发展现状成为制约医学创新的瓶颈2.1总体实验动物资源短缺及疾病动物模型资源不足龙源期刊网和发达国家相比，我国动物模型研究有很大的差距，比如：对生命科学基础研究具有重要作用的基因剔除动物模型资源方面，我国和国际相比是1∶15，而生命科学基础研究成果是医药创新的主要源泉之一；在传染病研究和新发传染病防治具有重要作用的传染病动物模型和实验动物物种资源方面，我国和国际相比是1∶25；对心脑血管病、肿瘤、肥胖症、糖尿病、阿兹海默氏症等的治疗和药物研发具有重要作用的疾病动物模型资源方面，我国和国际相比是1∶20；在对重大疾病机制研究具有重要作用的疾病相关模型资源方面，我国和国际相比是1∶8[3]。我国常用于传染性疾病研究的易感动物有70个种/系，国际常用的为600个种/系。发达国家已经启动将小鼠35000个基因全部敲除的计划，并已经开始着手将大鼠30000个基因剔除的计划。国际常用心脑血管病相关基因工程模型资源近600种，且仍在快速增长中，我国相应的资源少于120种；国际常用包括痴呆症、帕金森病等神经系统疾病机制研究相关的动物资源2000多种，我国只有约150种；国际常用糖尿病、肥胖症、高血脂等疾病机制研究的资源超过1000种，我国只有约150种；国际常用肿瘤机制研究动物资源700种以上，我国只有100种。国际常用免疫疾病机制研究动物资源有2000种，我国有200种。在重大疾病机制研究的基因工程模型资源方面，我国大约有5000种的不足，择其重要，应该在未来发展中建立至少3000种以上的疾病机制研究动物模型，才能从根本上为医学基础的创新研究提供世界水平的支撑条件[3]。2.2实验动物供应产业规模小国内实验动物的生产机构大多尚未产业化，规模小而结构松散，以致常规动物供应的质量都很难保证[4]。2.3医学