实验动物的选择和应用.ppt

第八章 实验动物的选择和应用,第一节 实验动物的选择原则 第二节 部分学科实验动物的选择和应用,第一节 实验动物的选择原则,一、根据与人的相似性选择动物 （一）选用在整体上与人在结构、功能、及进化程度相似的实验动物 灵长类病原微生物的感染谱 猕猴的生殖生理 生物药品的长期毒性试验 （二）选用在某些系统、器官的结构、功能与人相似的实验动物 犬的血液循环、神经系统 猪的皮肤结构、心血管系统 蛙的反射弧实验 小鼠的基因功能,猴、犬、大鼠与人在药物代谢方面的相似性,（三）群体分布相似性 以群体为对象的研究课题，要选择群体基因型、表现型分布与人相似的实验动物。如作药物筛选和毒性试验时，除了应考虑人类与实验动物群体在代谢类型上的差异外，通常以封闭群模拟自然群体基因型。 （四）疾病特点的相似性 同一种病因/病原对不同动物（包括人）的致病作用各不相同，有的差异很大，而有的却非常相似。要寻找与人类有关疾病相似或接近的自发或诱发性疾病动物模型，选择合适的疾病动物模型进行实验研究。 （五）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，可选择猪作材料，因为猪心脏的形态大小与人很接近。,二、 根据解剖和生理学特点选用实验动物 （一）解剖特点 兔的胸腔结构 兔的减压神经 犬和兔的甲状旁腺 大鼠无胆囊 （二）生理特点 犬的红绿色盲 兔对致热原十分敏感 犬和猫对呕吐反应敏感 豚鼠易于致敏 致敏比较：豚鼠 兔 犬 小鼠 猫 青蛙 豚鼠对维生素C缺乏敏感 家兔对射线十分敏感,三、选用标准化合格的实验动物 野生动物： 不易获得年龄、体重一致的一批动物 遗传背景不清 健康状况有差异 机体反应性不一致 标准化实验动物 排除细菌、病毒、寄生虫和潜在疾病的影响 排除环境因素的影响 减少实验误差，提高结果的科学性和准确性 能得到国际上的承认,四、动物年龄、体重的选择,常用实验动物的寿命,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,与人性成熟期相对应的动物年龄,应根据实验目的来选择适龄动物 一般实验采用性成熟前后生长发育期的成年动物 成年实验动物体重一般为： 小鼠：18-22g，大鼠：180-220g，豚鼠：350-650g，兔：2-2.5kg，猫：1.5-2.5kg，犬：6-10kg 长期试验选用幼龄动物 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。 老龄动物除了用作老年医学研究外，其他学科很少应用,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。,五、 动物性别的选择,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。,六、 动物品系的选择 不同品系代表实验动物的不同遗传基因型，因而具有不同的生物学特性，对同一刺激的反应差异很大，在选择时必须注意。 研究发现，从大多数白化实验动物取得的数据，在推及人类时更接近于白人，而与有色人种的差异较大。 A系小鼠的促性腺激素含量比DBA小鼠低1.5倍。 A系小鼠肝脏的葡萄糖酸活性只有C3H小鼠的十几分之一。 用激素超排卵，C57BL/6j属高排卵品系，而Balb/c属低排卵品系。 C57BL小鼠对肾上腺皮质激素的敏感性比DBA及BALB/C小鼠高12倍。,35日龄DBA小鼠对音响刺激非常敏感，闻电铃声后可出现特殊的发作性痉挛，甚至死亡，而C57BL小鼠却根本不会出现这种反应。 DBA/2及C3H小鼠对同一病毒（Newcastle病毒）的反应和DBA/1小鼠完全不同，前者引起肺炎而后者引起脑炎。 A、C3H、津白等品系小鼠易致癌，C57、C58、津白等品系不易致癌，AKR、DBA/2、615等品系易致白血病。 C3H雌鼠乳腺癌自发率达90%，AKR小鼠白血病自发率达65%。 C57BL/6J、Balb/c等为低发乳腺癌品系，而C3H乳腺癌发病率高达97%。,七、 生理状态与健康情况 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。 健康动物对刺激的耐受性较患病动物高。 外购的实验动物，应适应性饲养、观察检疫3-7天，证实其身体健康后才开始实验。 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。,八、动物的易获得性及动物成本、饲养成本 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。 九、动物的体型大小、从动物身上获取的实验材料要满足试验的要求。,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。,第二节 部分学科实验动物的选择和应用,一、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。,二、药物安全性评价 药物安全性评价是新药在上市前所必须做的一项研究，用以了解药物对各系统、器官脏器的毒性作用 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,（一）急性毒性试验 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1822g（约45周龄），同批动物体重相差不超过4g。分为4-6个剂量组，各剂量组组距以0.65-0.85为宜。 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810kg。,（二）长期毒性试验 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。 大鼠可选用SD或Wistar大鼠，体重要求180220g（约68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120160g（约56周龄）。每组雌雄各半。 比格犬一般用612月龄，试验前适应观察2周，必要时需要接种疫苗和驱除肠虫。 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虫。,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。,（三）皮肤给药毒性试验 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。,药物研发-耗时漫长,发 现 前,6-7年,5000-10000 个化合物,250,3-6年,一期,二期,三期,志愿试验人数,20-80,100-300,1000-3000,5,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）,三、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（NZBNZWF1）小鼠动物模型。 在变态反应研究中，豚鼠应用得比较多。 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。 （二）免疫学应用 1单克隆抗体的制备：Balb/c 2免疫血清的制备:兔、羊 3提供补体：豚鼠,四、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,（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，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,B,五、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。 为什么可使用生物进化级别较低的动物来研究遗传学？ 这是因为生物体由低等向高等、由简单向复杂的进化过程中，很多生物学现象是非常保守的。低等生物的生命现象及分子基础与高等生物相似。因此利用位于生物复杂性阶梯较低级位置上的物种来研究发育共通规律是可能的。因为这些生物的细胞数量更少，分布相对单一，变化也较好观察，而对这些生物的研究有助于人们理解生命世界的一般规律。,模式生物与人类,人类和几种模式生物之间的进化关系,果蝇： 成虫体小，长仅34毫米。身体淡黄色，复眼多为红色。成虫喜在多种腐烂水果和发酵物周围飞舞和产卵。生活周期较短，约2周。 染色体数量少，遗传背景清楚，基因定位与表型效应的关系明确，各种遗传分析方法也较成熟，是一种经典的 模式动物。,果 蝇,线虫： 成体长仅1mm ，全身透明， 以细菌为食，居住在土壤中，全身共有959个细胞，性别为雌雄同体或雄性。整个的生命周期仅3天。由一个受精卵发育成为成熟的成体只要二天多一点（25时需52小时）。 线虫的细胞分化谱系明确，为研究 细胞细胞间相互作用和特定细胞功 能提供了很好的模型。,线 虫,斑马鱼： 体长46厘米。体呈纺锤形。背部橄榄色，体侧从鳃盖后直伸到尾未有数条银蓝色纵纹，臀鳍部也有与体色相似的纵纹，尾鳍长而呈叉形。雄鱼柠檬色纵纹；雌鱼的蓝色纵纹加银灰色纵纹。 斑马鱼通体透明，它具有体外受精、 胚胎透明、体外发育、胚胎早期发育 快和易于大量获得样品等独有的特点， 是研究器官发生的最佳材料之一。,斑马鱼,六、病毒学研究 实验动物在病毒学研究中的应用 病因未明病原体的分离确认 发病机制的研究 抗病毒药物筛选 疫苗效果鉴定 诊断试剂制备 病毒性疾病的研究需要对病毒敏感的动物模型。没有合适的动物模型甚至成为阻碍该病研究的瓶颈。 不同种属动物对同一病毒的易感性不同，选用作病毒学研究的实验动物，应首先考虑采用该病毒的易感动物。 实验中，应在