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医学科学研究入门 李卓娅 2 科研设计与课题申请书的撰写 Background minireview Unclear Controversial Notreported Furtherinvestigation Shortcomings Hypothesis Experiments Conclusion FutureInvestigation Significance Method Results Discussion 科研设计 科研设计 概论医学科研的基本要素科研设计的基本原则科研设计的基本步骤统计学设计 定义 医学科研设计是研究医学科学研究中如何科学 合理地安排实验因素 提高实验效应 及如何排除影响实验的非处理因素 考虑周全 设计合理的研究方案可收事半功倍之效 而设计不佳的研究方案常招致失败及时间 经费的浪费 专业设计 指运用专业理论知识和技术进行设计 主要是解决研究的有用性 独创性和科学性 以回答 解决科学问题 验证专业假说 统计学设计 运用数理统计学理论和方法进行设计 包括资料的收集 整理 分析全过程的统计学设想和科学安排 以保证样本的代表性和样本间的可比性 以最少的调查 实验观察例数进行高效率的统计分析 得出准确的结果和可靠的结论 专业设计错误 苏联一神经论权威设计了免疫抗体形成的神经反射机制的实验 他将动物后肢与躯体分离 仅保留由肢体传入躯体的神经干 然后在 离体 后肢注射抗原 不久将该神经干切断 过些时候动物血中出现特异性抗体 该权威认为特异性抗体是由于抗原作用于神经感受器经反射而形成的 设计用动物急性感染实验模型研究Th1 Th2细胞在炎症中的作用 定义 医学科研设计是研究医学科学研究中如何科学 合理地安排实验因素 提高实验效应 及如何排除影响实验的非处理因素 考虑周全 设计合理的研究方案可收事半功倍之效 而设计不佳的研究方案常招致失败及时间 经费的浪费 专业设计 指运用专业理论知识和技术进行设计 主要是解决研究的有用性 独创性和科学性 以回答 解决科学问题 验证专业假说 统计学设计 运用数理统计学理论和方法进行设计 包括资料的收集 整理 分析全过程的统计学设想和科学安排 以保证样本的代表性和样本间的可比性 以最少的调查 实验观察例数进行高效率的统计分析 得出准确的结果和可靠的结论 实验设计 实验设计主要为了保证科研结果符合四个性 有用性 目的性和可行性 独创性 先进性 可重复性 经济性 科研设计 概论医学科研的基本要素科研设计的基本原则科研设计的基本步骤统计学设计 是否主动施加干预 1 实验研究 干预 受试对象 人 临床试验 clinicaltrial 动物 动物实验 animalexperiment 临床试验 治疗 临床疗效实验预防 社区干预实验 communityinterventiontrial 2 调查研究 无干预 被动地观察 如实记录联系 调查研究可为实验研究提供线索 而实验研究还需要通过调查研究加以证实 实验研究的基本要素 降压药 高血压病人 血压值 三要素 1 处理因素 2 受试对象 3 实验效应 其他因素 其他效应 处理因素 studyfactor treatment 例 药剂 手术方法 毒物抓住主要处理因素区分处理与非处理因素处理因素必须标准化 处理因素是指外界施加于受试对象的因素 是在实验中需观察并阐明其效应功能的因素 单因素单水平 表3 1细菌脂多糖对人外周血单个核细胞干扰素 分泌的影响 组别目的LPS观察LPS 1 g ml 刺激后人外周血单个核细胞干扰素 分泌水平对照溶剂 PBS 其他条件与实验组一致 排除非处理因素引起的变化 单因素多水平 孕激素对滋养细胞基质金属蛋白酶 9表达的影响组别目的孕激素1 10 7mol L观察不同浓度的孕激素对滋养细孕激素1 10 6mol L胞表达基质金属蛋白酶 9的影响孕激素1 10 5mol L空白对照排除非处理因素的干扰 多因素单水平 美托康对大鼠脑缺血再灌注损伤的保护作用组别脑缺血再灌注美托康目的处理组 观察美托康对大鼠脑缺血再灌注损伤的保护作用对照A假手术 观察美托康的影响对照B 观察脑缺血再灌注的影响对照C假手术 排除手术的影响对照D不手术 排除其他因素的影响 多因素多水平 地塞米松抗过敏效应实验研究组别口服肌注目的处理组A0 1mg kg 口服小剂量地塞米松对过敏反应的作用处理组B0 5mg kg 口服中剂量地塞米松对过敏反应的作用处理组C1 0mg kg 口服大剂量地塞米松对过敏反应的作用处理组D 0 1mg kg肌注小剂量地塞米松对过敏反应的作用处理组E 0 5mg kg肌注中剂量地塞米松对过敏反应的作用处理组F 1 0mg kg肌注大剂量地塞米松对过敏反应的作用对照组G溶剂 排除口服因素造成的影响对照组H 生理盐水排除肌注因素造成的影响对照组I 排除其他因素的影响 受试对象 studysubjects 病例的选择 纳入标准 剔除标准动物的选择 种类 品系 年龄 体重 窝别 营养 离体器官 组织细胞分子 须对处理因素敏感反应须稳定体内外实验相结合 invitro invivo exvivo 人体实验常见的设计类型 病例报告为疾病的发病表现 机理及诊治提供详尽的感性资料 病例报告往往是识别新出现或不常见的疾病或疾病罕见表现的第一线索 横断面研究包括普查和抽样调查 病例对照研究回顾病例组暴露因素 通过与对照组进行比较 研究这些暴露因素的发生频率与某疾病之间的关系 由果到因 队列研究按照所研究人群是否暴露于某种因素将受试对象分为实验组和对照组 随访观察两组人群某病的发病率 判断暴露因素与疾病发病率的关系 分为前瞻性队列研究 由因到果 和回顾性队列研究 临床试验临床试验中的受试对象一般采用随机化原则分为治疗组和对照组 观察治疗手段的疗效 动物分类 按微生物学要求 实验动物可分为4个等级 I级 普通动物II级 清洁动物III级 无特殊病原体动物 SPF IV级 无菌动物 GF 按照遗传学特性要求 实验动物也可分为4类 I类 近交系或称为纯系动物II类 突变系动物 包括转基因动物和基因敲除动物III类 远交系动物 又称封闭群IV类 杂交群或称异系杂交 家兔对体温变化十分敏感 宜选用做发热 解热及致热源检查实验 观察避孕药对排卵影响的实验宜选用兔 猫 对具有雌激素活性的药物进行避孕药效研究 不能选用小鼠与大鼠 以高胆固醇膳食饲喂兔 鸡 猪 狗 猴等动物 均可诱发高脂血症或动脉粥样硬化 而猴和猪的心脏冠状动脉前降支还形成斑块及大片心肌梗死 情况与人更为相似 故动脉粥样硬化实验多选用猪 猴及兔 家犬的胰腺 胃较小 宜用于胰腺摘除术及胃肠道生理的研究 大鼠无胆囊 不会呕吐 故不能用于胆功能观察 狗 猫 猴等动物呕吐反应敏感 适宜用于呕吐实验 BALB c小鼠与其他近交系相比 肝 脾与体重的比值较大 对放射线甚为敏感 故常用于制备单克隆抗体 C57BL 6小鼠具有干扰素产量高 对放射物质中等耐受 补体活性高 易诱发免疫耐受等特性 是肿瘤学及免疫学研究的常用品系 如遗传性高血压大鼠 糖尿病小鼠 自身免疫病小鼠等 还可利用某些特殊缺陷型小鼠 如胸腺缺陷的裸鼠 由于缺乏T细胞 故可接种人肿瘤 用以筛选抗肿瘤药等 细胞 原代细胞 经特殊分离方法从胚胎 组织器官及外周血等初分离的细胞在体外培养 传代细胞 经传代方式进行再次培养的细胞称为传代细胞 细胞株 单细胞大量扩增后形成生物学特性稳定的克隆化细胞群 称为细胞株 包括正常细胞株和肿瘤细胞株 基因缺陷和转基因细胞株 悬浮细胞和贴壁细胞 用细胞做实验的优缺点 不受机体内环境因素影响 从而避免个体差异 有利于探讨各种物理 化学和生物因素对肿瘤细胞生命活动的影响 便于同时从细胞 分子与基因三个水平研究肿瘤细胞的结构 功能及癌变发生机制 能长期传代 保存 便于观察肿瘤细胞生物学特性和遗传行为的改变 能快速筛选抗癌药物 适宜进行耐药机制 信号转导的研究 研究周期较短 经济 缺点 不能完全反映体内状况 常与体内实验互相验证 长期培养易改变原有的性状 易发生支原体感染 优点 细胞库资源 ATCC AmericanTypeCultureCollection 即美国细胞 菌种保藏中心 目前能提供3000余种细胞系 15000余种细菌和噬菌体 2500余种动植物病毒 700余种人癌细胞系 CascadeBiologics Inc 该公司主要产品为人原代细胞 包括正常人皮肤细胞 心血管内皮细胞 角膜上皮细胞 黑色素细胞等 网址 第四军医大学实验动物中心 该中心保存多种肿瘤细胞株 网址 分子研究 DNA RNA和蛋白质常用的重要数据库为 基因数据库 http www ncbi nlm nih gov Genbank 非编码RNA数据库 http biobases ibch poznan pl ncRNA 蛋白质数据库 http www expasy ch spot 或http www ebi ac uk swissprot 蛋白质组分析数据库 http www ebi ac uk proteome 分子研究 基因与蛋白分子的检测 单个 几个与芯片的检测 基因多态性研究 SNP 微卫星等基因组 蛋白组和代谢酶组的变化基因和蛋白的调控 分子表观遗传学基因和蛋白的结构基因和蛋白的关系 蛋白与蛋白的相互作用 实验效应 experimentaleffect 处理因素作用于受试对象的结果 通过观察指标表达 观察指标应相关联 客观 精确 灵敏 特异 1 客观性 主观指标和客观指标 2 精确性 准确度 accuracy 或真实性 validity 观察值与真值的接近程度 受系统误差的影响 如灵敏度 特异度 精密度 precision 或可靠性 reliabiliy 或重复性 repeatability 重复观察时观察值与其均值的接近程度 受随机误差的影响 如一致百分率 Kappa值 3 灵敏性和特异性 指标的互补性 可靠性和稳定性 标准化 科研设计 概论医学科研的基本要素科研设计的基本原则科研设计的基本步骤统计学设计 试验设计的原则 对照的原则 意义 消除系统误差 鉴别处理和非处理因素的差异 类型 空白对照 阳性对照 阴性对照 自身对照 相互对照随机的原则 对照组和处理组除处理因素不同外 其余应全部相同 动物实验随机分组 观察切片也应随机选择视野重复的原则 随机原则可排除大部分非处理因素的影响 但不能全部消除 因此 有必要重复 以反映客观真实性 表现为一定的试验样本数 人 动物 细胞株 对照 control 的原则 对照的意义 区分处理因素与非处理因素的效应 是比较的必要基础 消除和减少实验误差 处理组 对照组 比较结果 直接凝集和间接凝集试验 诊断血吸虫 RA 钩端螺旋体 阳性对照和阴性对照可监控方法的正确性和特异性 对照的形式 空白对照 blankcontrol 对照组不加任何处理因素 例如 试剂空白 血样空白 无酶解空白 底物空白等 包括 空白对照 实验对照 标准对照 自身对照 相互对照 历史对照 对照的形式 实验对照 experimentalcontrol 施加每一因素均需设置对照 非处理因素对照 安慰剂对照 含赖氨酸面包 非处理因素 赖氨酸效应 面包效应 非处理因素效应 面包 非处理因素 面包效应 非处理因素效应 赖氨酸赖氨酸效应 非处理因素 非处理因素效应 对照的形式 标准对照 standardcontrol 以现有的标准或正常值作对照 例 某种新的方法能否代替传统方法的研究 某病患者与正常人的某生理 生化指标是否相同 实验室应用较多 对照的形式 自身对照 实验在同一受试对象上进行 特点 简单易行 使用广泛 但若试验前后某些环境或自身因素发生改变 并且会影响试验结果 就难以说明问题 对照的形式 相互对照 几个实验组互相对照 例如 比较几种药物治疗同一疾病的疗效 常用半数有效量 半数致死量比较几种药物之间的效应和毒性 对照的形式 历史对照 以过去的研究结果作对照 与本人或他人过去的研究结果作比较 不好 对照设置方法 配对对照法 节省样本数 抽样误差最小 统计效率最高自体配对 指在同一个体处理前后或不同部位作为对照组和处理组 比较两组间差异 异体配对 选择同窝 性别 体重一致的动物 或相同疾病 性别 年龄 病情等相当的病人配对 在每个对子内部随机分至对照组和实验组 比较两组间差异 组间对照法 组间对照是将条件基本一致的不同个体随机分组 分别接受对照处理与实验处理 比较两组或几组间差异 交叉对照法 即先接受对照处理的个体随后接受试验处理 先接受试验处理的个体随后接受对照处理 通过交叉而减少个体差异 试验设计的原则 对照的原则 意义 消除系统误差 鉴别处理和非处理因素的差异 类型 空白对照 阳性对照 阴性对照 自身对照 相互对照随机的原则 对照组和处理组除处理因素不同外 其余应全部相同 动物实验随机分组 观察切片也应随机选择视野重复的原则 随机原则可排除大部分非处理因素的影响 但不能全部消除 因此 有必要重复 以反映客观真实性 表现为一定的试验样本数 人 动物 细胞株 随机化 randomization 分组的原则 随机化原则 随机 随便 指每个受试对象以机会均等的原则随机地分配到试验组和对照组 目的是使各组非实验因素的条件均衡一致 以消除对实验结果的影响 随机化分组方法 1 抽签等2 随机数字表3 计算器或计算机 随机数字表分组 例试将10头动物应用随机数字表分配到甲 乙两组 按动物体重编号 从随机表的第21行 第21列往上查10个随机数 规定双号为甲组 单号为乙组 调整 再接着查一个 6 以内的随机数 以决定甲组中哪一号拨到乙组 本例查得随机数为4 将甲组第4个 5号 调到乙组 计算 器 机随机化分组 试验设计的原则 对照的原则 意义 消除系统误差 鉴别处理和非处理因素的差异 类型 空白对照 阳性对照 阴性对照 自身对照 相互对照随机的原则 对照组和处理组除处理因素不同外 其余应全部相同 动物实验随机分组 观察切片也应随机选择视野重复的原则 随机原则可排除大部分非处理因素的影响 但不能全部消除 因此 有必要重复 以排除偶然因素的影响 表现为一定的试验样本数 人 动物 细胞株 重复的原则 重复 replication 是指各处理组与对照组要有一定样本含量 samplesizes 无限地增加样本含量 将加大实验规模 延长实验时间 浪费人力物力 反而增加系统误差出现的可能性 样本含量不足 检验效能 Power 1 偏低 导致总体中本来具有的差异无法检验出来 科研设计 概论医学科研的基本要素科研设计的基本原则科研设计的基本步骤统计学设计 最有成就的实验家常常是这样的人 他们事先对课题加以周密思考 并将课题分成若干关键的问题 然后 精心设计为这些问题提供答案的实验 实验设计步骤 研究目标主要实验内容实验路线的设计实验方案的设计 确定研究目标 即该课题解决的科学问题 不要定的目标太大 如解决肿瘤治疗问题 不要定的目标太多 最多2 3个目标 一个课题最好集中解决某个问题 总目标 如TNF在内毒素性休克中的作用 不要定不可达到的目标主要研究内容 善于把要解决的问题分支成若干小的问题 从不同角度进行研究 如研究某因素杀瘤作用 杀伤肿瘤谱 杀伤效率 诱导死亡方式 体内外试验 杀伤机制等 研究路线的设计 根据研究内容不同而不同 对某基因表达的研究 mRNA 蛋白表达 定位及功能 基因调控 EMSA 报告基因等 新基因的研究 差显表达 RACE 基因克隆 蛋白表达 功能研究 蛋白组研究 二维电泳 资料比对 消化 酶解 质谱实验方案 试验对象 包括试验模型 人 动物 细胞 分子等 处理因素 高糖 LPS 激素 细胞因子等 单因素多水平 多因素单水平 多因素多水平 检测指标 关联性 客观性 灵敏性 精确性 稳定性 尼科尔属于那种在制定实验方案之前周密考虑 精心构思 从而取得成功的人 他绝不象第二流人物 做那种心思来潮而常常是考虑不周的实验 自己急得如热锅蚂蚁 相对来说 尼科尔做的实验很少 很简单 但是 他做的每一个实验都是长时间智力孕育的结果 要考虑到一切可能的因素 并要在最后的实验中加以检验 然后 他单刀直入 不做虚功 这就是巴斯德的方法 也是我们这个职业中所有伟大人物的方法 他们简单的 结论明确的实验 对于那些能够欣赏的人来说 是一种莫大的精神享受 津泽 美国细菌学家 试验设计方案 简述Fas和FasL的作用 请设计一个实验方案 说明肿瘤细胞表达FasL后 可逃避免疫系统的攻击 TumorcellsinduceapoptosisinTlymphocytesviaFASactivation CancercellsexpressFASligandBindtoFASreceptoronTlymphocytesleadingtoapoptosis 肿瘤细胞表达FasL后 可逃避免疫系统的攻击 实验目的 表达FasL的肿瘤细胞可逃避免疫攻击实验内容 肿瘤细胞是否表达FasL 肿瘤细胞对活化的淋巴细胞是否具有杀伤作用 体内实验观察表达和不表达FasL的肿瘤细胞的致瘤率实验方案 FACS 检测肿瘤细胞是否表达FasL 凋亡检测 肿瘤细胞对活化的淋巴细胞是否具有杀伤作用 活化淋巴细胞 肿瘤细胞 活化淋巴细胞 肿瘤细胞 非活化淋巴细胞 肿瘤细胞 活化淋巴细胞 抗FasL抗体 体内实验 课题申请书 开题报告 的撰写 课题设计书的撰写 对课题评价的标准立论依据研究目的与研究内容研究路线和研究方案项目的创新性和特色研究的前期工作研究团队和研究条件 国家自然科学基金的资助方向 基础理论研究2 应用基础研究 以实验医学为基础的 国家自然科学基金的主要种类 常规基金 面上项目 青年基金和地区基金 重点项目重大项目杰出青年基金特殊基金 主任基金专项基金创新群体基金合作基金 海外 港澳 国家自然科学基金的评审程序 初审 函审 评审专家1 评审专家2 评审专家5 评审专家3 评审专家4 终审 会审 选择超出拟批准项目120 130 的预选项目进行评审 学部批准 申请人是否具有科研能力 课题是否有科学意义 创新性和可行性 是否具备研究条件 课题评审者主要考虑的问题 课题设计书的撰写 对课题评价的标准立论依据研究目的与研究内容研究路线和研究方案项目的创新性和特色研究的前期工作研究团队和研究条件 所研究的是重要领域的重要问题具有重要的理论价值或应用前景 课题研究的意义 科学性 研究的背景 国内外目前的研究现状 包括自己前期实验结果与数据存在的问题 提出研究的切入点与假说研究设想 研究目标及思路 对国内外研究现状的了解 广度和深度 近5年的主要研究进展研究中存在的主要问题参考文献 国外文献近5年数量 20 30杂志等级 学术思想及创新性 理论创新 新学说或理论方法创新 新方法技术创新 技术改进或完善 立项依据 2 2 5张 该研究项目的重要性 2 3行即可常见问题 写得太多 介绍在这个领域的国内外进展 包括自己的工作 并引用自己发表的SCI文献 注意围绕主题 常见问题 写得太多 太少 重点不突出 介绍与主题无关的进展凝练科学问题 提出假说 创新性 科学性及实用性 常见问题 不知道问题在哪儿 或提与主题无关的问题根据自己前期工作 最好已发表SCI文章 提出假说常见问题 没有形成假说 无逻辑性简介本项目拟开展的工作 思路及意义常见问题 不写 科学问题凝练过程 问项 科学问题是在一定科学知识背景下 存在于科学知识体系内和科学实践中有待解决的疑难 需要深层思考及高度凝练 答域 是对求解范围的限定 全域 对解答范围不给予任何限制的科学问题 疟疾是什么引起的 类域 若对某科学问题有了初步认识 希望能进一步深入 问题的解答范围即相应有了一定程度的限定 清除污水为何减少疟疾的发生 特域 一旦科学问题的答域限定为某个具体答案 此时的答域称为特域 研究者根据科学推理给出尝试性解答或假说 疟疾是由蚊子传播的 课题设计书的撰写 对课题评价的标准立论依据景研究目的与研究内容研究路线和研究方案项目的创新性和特色研究的前期工作研究团队和研究条件 研究目标 研究内容和拟解决的关键问题 研究目标 明确 集中 用2 3句话描述 常见问题 太大 分散或不明确研究内容 根据假说 将研究问题分支 从不同侧面或角度进行研究 每一分支就组成一个研究内容 注意研究内容要集中 围绕假说从不同角度 平行 及不同层次 纵深 开展研究 常见问题 太细 与研究方案混淆拟解决的关键问题 包括解决的关键科学问题 整个研究中最关键的环节及技术难点 如模型的制备 分子表达率和纯化等 常见问题 找不准 研究内容和拟解决的关键问题 范围合适 3 5个内容重点突出 1 2个重点关键问题选择准确 1 3个关键问题 课题设计书的撰写 对课题评价的标准立论依据景研究目的与研究内容研究路线和研究方案项目的创新性和特色研究的前期工作研究团队和研究条件 研究路线和研究方案 研究路线 整个实验流程及线路 可以用线路图表示 但要简明易懂 常见问题 未写 或线路图画得太复杂研究方案 研究对象 处理因素 分组 用某种技术检测某种指标等 可按照研究内容在分标题下描述 常见问题 将方法写得太细 检测指标太多 不突出重点 或不写具体检测哪种信号分子 未设计正确对照 临床病例要排除和纳入标准及样本数 仅做平行检测 无深度 注意问题 设计巧妙 尽量使用先进技术 尽量从不同角度去验证一个问题 注意合理应用抑制性 促进性和排除性实验手段 肝脏缺血 再灌注损伤及药物的保护 技术路线 培养肝窦内皮细胞 缺氧 再氧化 细胞凋亡 缺血 再灌注损伤 体外实验 体内实验 肝脏 缺血 再灌注 功能评价 活性氧NOMMPs 药物保护 PGE API 764 3 TunelstainingDNAladderFACS 细胞凋亡 技术路线 设计合理 基础与临床体外与体内分子 细胞 整体 研究路线和研究方案 研究路线 整个实验流程及线路 可以用线路图表示 但要简明易懂 常见问题 未写 或线路图画得太复杂研究方案 研究对象 处理因素 分组 用某种技术检测某种指标等 可按照研究内容在分标题下描述 常见问题 将方法写得太细 检测指标太多 不突出重点 不相关 或不写具体检测哪种信号分子 未设计正确对照 临床病例要排除和纳入标准及样本数 仅做平行检测 无深度 注意问题 设计巧妙 尽量使用先进技术 尽量从不同角度去验证一个问题 注意合理应用抑制性 促进性和排除性实验手段 研究方案及手段 方法先进技术成熟可靠有创新 设计科学及可行 要求 紧密相关 清晰 科学判断 独到模型和材料 先进 创新 有替代方案 研究的预期目标 明确 可以达到 留有余地 发表的研究论文申请的技术专利可应用产品的开发 课题设计书的撰写 对课题评价的标准立论依据景研究目的与研究内容研究路线和研究方案项目的创新性和特色研究的前期工作研究团队和研究条件 创新性 要充分利用这一栏 展示本项目的创新点 优势和特色实事求是 切忌吹嘘或说绝对的话常见问题 国内无报道 说过火的语言 没有体现到创新在何处 注意问题 为了更好地突出本项目的创新点 可在项目背景一栏 打下伏笔 直接说明关于此点尚未见国内外报道 课题设计书的撰写 对课题评价的标准立