第九章人类疾病动物模型.ppt

第九章人类疾病的动物模型 实验动物和动物实验是生命科学重要的技术平台 比较医学则是现代医学发展的功不可没的边缘学科 历史记载了实验动物科学无可比拟的功勋 比较医学是推动人类健康研究的焦点学科 比较医学家将永远站在生物医学发展的起跑线上 诺贝尔奖获得者 美国Jackson实验室的Snell博士 第一节人类疾病动物模型概述 一 人类疾病动物模型的定义人类疾病动物模型 Animalmodelsofhumandiseases 是指医学研究中建立的具有人类疾病模拟表现的动物实验对象和相关材料 动物模型的作用 现代医学认识生命科学客观规律的实验方法和手段 有意识地改变那些自然条件下不可能或不容易排除的因素 更加准确地观察模型的实验结果有助于更方便 更有效地认识人类疾病的发生 发展规律和研究防治措施 应用动物模型的意义 避免人体实验造成的危害利用动物模型可研究平时不易见到的疾病可提供发病率低 潜伏期和病程长的疾病动物模型克服复杂因素 增加方法学上的可比性样品收集方便 实验结果易分析有利于全面认识疾病的本质 人类疾病动物模型的设计原则 一 相似性原则 人类疾病动物模型应尽可能地相似于人类疾病 最好是动物自发性的疾病 如 大鼠的自发性高血压 复制动物模型时 应注意动物的选择 二 重复性理想的动物模型应该是可以重复的 保证动物模型具有重复性的措施 1 选用标准化的实验动物2 选用标准化的实验设施3 保证复制因素的一致性 复制的动物模型应可靠地反映人类疾病 疾病的主要症状和体征明显 不能出现另外的病变 注意动物的选择和动物的质量 三 可靠性 疾病模型应尽量考虑在今后临床上的应用和便于控制其发展 以利于研究 如 雌激素终止大 小鼠早期妊娠的模型无实用性 动物 制模因子 结果散发或死亡无法控制模型的发展方向和速度 无价值 四 实用性和可控性 复制动物模型应尽量做到方法简单 容易 合乎经济的原则 五 易行性和经济性 模型设计时应注意的问题 模型要尽可能再现所要求的人类疾病注意所选用动物的实用价值注意环境因素对模型动物的影响不要盲目使用近交系动物 否则会导致不能控制的因素进入实验动物进化的高级程度并不意味着所有器官和功能接近于人的程度正确地评估动物疾病模型 1 查找文献并咨询动物实验所需动物和条件是否可行 了解前人所积累的经验 避免低水平的重复或缺乏科学依据的盲动所造成人力物力的浪费 2 从动物品种品系 年龄 性别 体重 生物学特点 动物微生物污染级别等方面选取最可比拟的动物 不可认为选越高级动物可比性越高 动物模型的制作 实验动物模型的分类 按产生原因分类按系统范围分类按模型种类分类按中医药体系分类 一 按产生原因分类 1 诱发性动物模型 Experimentalanimalmodel 是指研究者通过使用物理的 化学的和复合的致病因素作用于动物 造成动物组织 器官或全身一定的损害 出现某些类似人类疾病时的功能 代谢或形态结构方面的病变 即为人工诱发特定的疾病动物模型 1 物理因素诱发动物模型 2 化学因素诱发动物模型 3 生物因素诱发动物模型 4 复合因素诱发动物模型 2 自发性动物模型 Spontaneousanimalmodel 指实验动物未经任何人工处置 在自然条件下动物自然发生 或由于基因突变的异常表现通过遗传育种保留下来的动物模型 自发性动物模型以肿瘤和遗传疾病居多 可分为代谢性疾病 分子性疾病和特种蛋白合成异常性疾病等 包括人工培育的突变系和近交系的各种疾病模型 如 无胸腺裸鼠 高血压大鼠 肥胖症小鼠等 应用自发性动物模型的最大优点是 其完全在自然条件下发生的疾病 排除了人为的因素 疾病的发生 发展与人类相应的疾病很相似 其应用价值很高 如自发性高血压大鼠 中国地鼠的自发性真性糖尿病 小鼠和大鼠各种自发肿瘤 肥胖症小鼠 脑中风大鼠等 自发性动物模型的优点 必须指出 自发和诱发动物模型各有其优缺点 事实上很多疾病可用不同方式获得 例如已知有不少自发性肿瘤模型 也可用各种致癌剂诱发产生肿瘤模型 值得注意的是它们在发病机理和疾病内在特征方面存在着各自的特点 如自发性肿瘤和诱发性肿瘤对药物的敏感性有明显区别 此外 大部分自发性动物模型是通过人为定向培育而成的 毕竟不同于人类自然发病情况 因此 自发和诱发模型所具有的优缺点只是相对的 对使用者来说 最重要的是所选择的模型究竟能否达到研究目的 是指特定的疾病不会在某种动物身上发生 从而可以用来探讨为何这种动物对该疾病有天然的抵抗力 3 抗疾病型动物模型 Negativeanimalmodel 4 生物医学动物模型 Biomedicalanimalmodel 是指利用健康动物生物学特征来提供人类疾病相似表现的疾病模型 二 按系统范围分类 1 疾病的基本病理过程动物模型 Animalmodelofdifferentsystemdisease 是指各种疾病共同性的一些病理变化过程模型 致病因素在一定条件下作用于动物 使动物组织 器官或全身造成一定病理损伤 出现各种功能 代谢和形态结构的某些变化 其中有的变化是许多疾病都可能发生的共有的 不是某种疾病所特有的变化 如发热 缺氧 水肿 休克 弥散性血管内凝血 电解质紊乱 酸碱平衡失调等 均可称之为疾病的基本病理过程 是指与人类各系统疾病相应的人类疾病动物模型 各系统疾病模型分为消化系统疾病动物模型 呼吸 心血管 泌尿 神经 血液与造血系统 内分泌 骨骼等系统的动物模型 还包括按科分类 如 传染病 妇科病 儿科病 皮肤科病 五官科病 外科病 寄生虫病 地方病 维生素缺乏病 物理损伤疾病和职业病等动物模型 2 各系统疾病动物模型 按模型对象分类 整体动物离体器官和组织细胞株数学模型 四 按中医药体系分类 根据中医证分类 动物模型可分为阴虚 阳虚动物模型 气虚动物模型 血虚动物模型 脾虚和肾虚动物模型 厥脱证动物模型等 按中药理论分类 人类疾病动物模型包括解表药动物模型 清热药 泻下药 祛风湿药 温里药 止血药 止咳药 化痰药 平喘药 安神药 平肝息风药 补益药 理气药 活血化瘀等动物模型 影响动物模型的因素 致模因素对动物模型的影响动物因素对动物模型的影响动物种类 品系 年龄 体重 性别 生理状态和健康因素实验技术因素对动物模型的影响实验季节 昼夜不同时间 麻醉深度 手术技巧 实验给药 对照组等 环境和营养因素对动物模型的影响 影响动物实验结果的因素 人为因素 实验者的操作熟练程度 责任心 对实验动物的饲养管理 调教和实验处理等 气候因素 温度 湿度 光照 噪音 气流 风速 气味 灰尘等 营养因素 饲料 饮水居住因素 房屋设施 笼具 垫料 饮水器 给食器化学因素 空气中有害气体 NH3 H2S 杀虫剂 消毒剂 其它有毒物质生物因素 同种动物间的因素 饲养密度 社会因素和势力范围 直线型 猴 兔 鸡 专制型 小鼠 大鼠 猫 异种动物间的因素 病原体 其它动物 人类的饲养管理 试验处理或技术操作实验技术因素 致模因素对动物模型复制的影响 致模因素的选择和来源致模因素的作用机理致模因素的剂量致模因素对动物和人之间是否存在差别 动物因素对动物模型复制的影响 种属品系性别 许多实验证明 不同性别动物对同一药物的敏感性差异较大 对各种刺激的反应也不尽一致 雌性动物性周期不同阶段和怀孕 授乳时的机体反应性有较大的改变 因此 科研工作中一般优先选雌性动物或雌雄各半做实验 动物性别对动物实验结果不受影响的实验或一定要选用雌性动物的实验例外 动物种类的影响 不同种的动物存在许多不同的特点 动物种类选择不当将影响动物模型的复制 如 动物品系的影响 同种不同品系的动物对致模因素的反应不一致 如 DBA 2小鼠 声音 100 发生听源性痉挛 C57小鼠 声音 不发生听源性痉挛 同种 同品系 不同性别的动物 对某些反应不一致 如 性别因素的影响 年龄和体重动物的解剖生理特征和反应性随年龄而有明显的变化 一般情况幼年动物比成年动物为敏感 如用断奶鼠或仔鼠作实验其敏感性比成年鼠要高 然而 有时因为敏感而与成年动物的试验结果不一 所以一般认为不能完全取代成年动物的试验 老年动物的代谢功能低下 反应不灵敏 不是特别需要一般不选用 因此 一般动物实验设计应选成年动物进行实验 一些慢性实验 观察时间较长 可选择年幼 体重较小的动物作实验 研究性激素对机体影响的实验 一定要用幼年的或新生的动物 实验动物年龄与体重一般是呈正比关系的 大 小鼠常根据体重来推算其年龄 因体重和饲养管理有密切关系 动物正确年龄应以其出生日期为准 动物的生理状态如怀孕 授乳时 其对外界环境因素作用的反应性常较不怀孕 不授乳的动物有较大差异 因此 在一般实验研究中不宜采用这种动物 但当为了某种特定的实验目的 如为了阐明药物对妊娠及后代在体内 产后的影响时 就必须选用这类动物 为了这种实验目的 大白鼠及小白鼠是最合用的实验动物 动物的生理状态 又如动物所处的功能状态不同也常影响对药物的反应 动物在体温升高的情况下对解热药比较敏感 而体温不高时对解热药就不敏感 血压高时对降压药比较敏感 而在血压低时对降压药敏感性就差 反而可能对升药比较敏感 动物的健康状况健康动物对各种刺激及的耐受性一般比不健康 有病的动物要大 实验结果稳定 因此一定要选用健康动物进行实验 患有疾病或处于衰竭 饥饿 寒冷 炎热等条件下的动物 均会影响实验结果 所以有病动物比较易于中毒死亡 有病或营养条件差的家兔不易复制成动脉粥样硬化动物模型 动物发热可使代谢增加 体温升高一度 代谢率一般增加7 左右 动物潜在性感染 对实验结果的影响也很大 如观察肝功能在实验前后变化时 必须要排除实验用的家兔是否患有球虫病 不然家兔的肝脏上已有很多球虫囊 肝功能必然发生变化 所测结果波动很大 选用的动物应没有该动物所特有的疾病 如小鼠的脱脚病 鼠痘 病毒性肝炎和肺炎 伤寒 大鼠的沙门氏菌病 病毒性肺炎 化脓性中耳炎 豚鼠的维生素C缺乏症 传染性肺炎 沙门氏菌病 家兔的球虫病 巴氏杆菌病 狗的狂犬病 犬瘟热 猫的传染性白细胞减少症肺炎 猕猴的结核病 肺炎 痢疾等 实验技术因素对动物模型复制的影响 实验季节昼夜不同时间的影响麻醉深度的影响手术技巧的影响实验给药的影响对照组对造模的影响 选择好适合研究需要的实验动物是获得正确实验结果和实验成功的重要环节 高癌品系小鼠 A系 C3H系 AKR系 TA2等低癌品系小鼠 C57BL系 TA1等小鼠C3H He系经产雌鼠有80 100 的自发性乳腺癌 AKR系8 9月龄小鼠有80 90 自发性白血病 一 动物选择 二 实验季节动物对化学物作用的反应也受到季节的影响 例如在春 夏 秋 冬分别给10只大鼠注入一定量的巴比妥纳 发现入睡时间以春季最短 秋季最长 而睡眠时间则相反 春季最长 秋季最短 不同实验季节 动物的机体反应性有一定改变 如不同季节对辐射效应有影响 家兔的放射敏感性在春夏两季升高 秋冬两季降低 在狗的实验中 在春 夏两季照射后的死亡率比秋 冬为高 小鼠的放射敏感性 在冬季显著升高 而夏季则降低 大鼠的放射敏感性则没有明显的季节性波动 因此 这种季节的波动在进行跨季度的慢性实验时必须注意的 不同季节 动物对某些反应可能不一致 对跨季节的动物模型实验可能产生影响 三 昼夜过程实验动物的体温 血糖 基础代谢率 内分泌激素的分泌均发生昼夜节律性变化 因此实验的观察必须设有相应的对照 并注意实验中某种处理的时间顺序结果的影响 四 麻醉浓度麻醉浓度的控制是顺利完成实验获得正确实验结果的保证 动物实验中要求麻醉浓度要适度 而且整个实验过程要保持始终恒定 因为不同的麻醉剂有不同的药理作用和副作用 应根据实验要求与动物种类而加以选择 使用合适 如果麻醉过深 动物处于浓度抑制 甚至濒死状态 动物各种正常反应受到抑制 那是不会做出可靠的实验结果的 麻醉过浅 在动物身上进行手术或实验 将会引起强烈的疼痛刺激 使动物全身 特别是呼吸 循环功能发生改变 消化功能也会发生改变 如疼痛刺激会反射性的长时间中止胰腺的分泌 所以麻醉浓度必须合适 由此也不难理解在整个实验中保持麻醉浓度的始终一致是如何必要了 因为麻醉浓度的变动 会使实验结果产生前后不一致的变化 给实验结果带来了难以分析的误差 五 手术技巧动物实验中除了要注意选择合适的实验动物 用的试剂要纯粹 仪器要灵敏 方法要准确外 还必须注意手术技巧 即操作技术的熟练 手术熟练可以减少对动物的刺激 动物受的创伤 出血等就少 将会提高实验成功率和实验结果的正确性 要达到动物手术操作熟练 必须要了解各种动物的特征 组织 器官的位置 神经 血管的走行特点 通过在动物身上反复实践 即可达到熟中生巧 操作自如 六 实验药物动物实验中给药的途径 制剂和剂量是影响实验的很重要的问题 如有的激素在肝脏内破坏 经口给药就会影响其效果 每天一次给药的效果就比较弱 如将一天剂量分为八次给药 则效果将大大加强 药物的浓度和剂量也是一个重要问题 太高的浓度 太大的剂量都会得出错误的结果 动物和人用药剂量的换算需要慎重处理 七 对照问题在动物实验中忽视或错误地应用对照问题可能造成实验失败 对照方法很多 有空白对照 实验对照 有效 或标准 对照 配对对照 组间对照 历史对照以及正常值对照等 1 空白对照是在不给任何措施情况下观察动物自发变化的规律 如兔白细胞数每天上下午有周期性生物钟变化 2 实验对照是采用与实验相同操作条件的对照 如给药实验中的溶媒 手术 注射以及观察抚摸等都可以对动物发生影响 有人报导针刺狗人中穴对休克 心脏血液动力学有改变 但采用空白对照 不针刺 是不够的 应该还设有针刺其它部位或穴部的实验对照 3 有效 或标准 对照常用于药物研究 对一新药的疗效可用一已知的有效药或能引起标准反应的药物做对照 这样既可考核实验方法的可靠性 又可通过比较了解新药的疗效和特点 4 配对对照是同一个体在前后不同时间比较对照期和实验期的差异 或同一个体的左右两部分作对照处理和实验处理的差异 这样可大大减少抽样误差 在实验中也可用一卵双胎或同窝动物来做 5 组间对照是将实验对象分成两组或几组比较其差异 这种对照个体差异和抽样误差比较大 组间对照可用交叉对照方法以减少误差 如观察某药物的疗效可用两组狗先分别做一次实验和对照 再互相交换 以原实验作为对照组 原对照组作为实验组重复第一次实验所观察的疗效或影响 而且检查的指标和条件要等同 6 历史对照与正常值对照这种对照要十分慎重 必须要条件 背景 指标 技术方法相同才可进行对比 否则将会得出不恰当的甚至错误的结论 7 实验重复和肯定选用动物一方面要数量合适 不造成浪费 另一方面也应做必要的重复实验 有此实验单做一种动物还不够 应当重复做几种动物 这不仅可以比较不同动物的差别 而且可以在不同动物实验中发现新问题 提供使用不同指标的线索 把一种动物的实验结果外推到其它动物甚至推论到临床是不正确的 有时是十分危险的 由于不同种属动物有不同的功能和代谢特点 所以在肯定一个实验结果尤其是动物实验结果要外推到人的实验时 最好采用两种以上的动物进行比较观察 其中一种应该是非啮齿类动物 常用的生物序列是小鼠 大鼠 狗 或猴 环境因素和营养因素对复制动物模型的影响 环境因素 居住因素 营养因素对动物实验结果的影响见第四章 第五章有关内容 居住 饲料 营养 光照 噪音 氨浓度 温度 湿度 气流速度等任何一项都不容被忽视 第二节免疫缺陷动物 免疫缺陷动物的分类及其特点 免疫缺陷动物 Immunodeficientanimal 是指由于先天性遗传突变或用人工方法造成一种或多种免疫系统组成成分缺陷的动物 一 裸小鼠 Nudemice 二 严重联合免疫缺陷小鼠 Severecombinedimmunodeficientmice SCID小鼠 一 裸小鼠 Nudemice 具有两个主要的缺陷特征 1 毛发生长发育异常 表现为全身形似无毛 呈裸体外表 2 无胸腺 仅有胸腺残迹或异常的胸腺上皮 这种上皮不能使T细胞正常分化 缺乏成熟T细胞的辅助 抑制及杀伤功能 因而细胞免疫力低下 不能执行正常T细胞功能 应用 1 在微生物学方面2 在免疫学方面3 在寄生虫学方面4 在遗传学方面5 在临床医学方面 二 严重联合免疫缺陷小鼠 Severecombinedimmunodeficientmice SCID小鼠 SCID小鼠在1983年由美国学者Bosma首先发现于C B 17近交系小鼠 是位于第16号染色体的称之为scid的单个隐性突变基因所导致 CB 17的突变系SCID小鼠 C B 17scid 与BALB cAnIcr的遗传背景基本相同 其H 2抗原均为H 2d 此外SCID小鼠外观与普通小鼠无异 体重发育正常 但胸腺 脾 淋巴结的重量一般均不及正常的30 组织学上表现为淋巴细胞显著缺乏 人体肿瘤裸鼠移植瘤模型概述 一 人体肿瘤裸鼠移植瘤的生物学特性人体肿瘤裸鼠移植仍然保留原发肿瘤的病理形态学 染色体特征 肿瘤标记物等特点 人肿瘤组织的细胞培养物移植于裸鼠时 能重现在细胞培养中消失的原肿瘤结构 传代的移植肿瘤不仅能保存原来的形态学特征 同时也能保持肿瘤细胞的机能 人肿瘤接种于裸鼠以后 可以出现肿瘤异质性 肿瘤移植于裸鼠后还发生一些性状的改变 一些肿瘤标记物发生丢失 也可产生在原肿瘤中不一定存在的新的标记物 人体肿瘤裸鼠移植瘤模型的建立方法 一 人体肿瘤裸鼠移植方法二 人体肿瘤裸鼠移植成功的影响因素 一 人体肿瘤裸鼠移植方法 根据移植肿瘤的处理方式不同 可分为组织块移植法 悬液移植法 培养细胞移植等 根据移植部位及途径不同 可分为皮下 肌肉 腹腔 肾包膜 原位 常位 移植等 根据瘤源不同 可分为人肿瘤手术标本移植及肿瘤细胞系移植 二 人体肿瘤裸鼠移植成功的影响因素 1 人体肿瘤细胞本身的特征2 裸鼠免疫功能状态3 裸鼠背景4 移植部位和途径5 激素和宿主性别6 鼠龄7 裸鼠的健康及洁净状况8 其它因素 第三节肿瘤动物模型 诱发性肿瘤动物模型 Animalmodelofinducedtumor 动物自发性肿瘤及移植瘤株 诱发性肿瘤模型 使用致癌因素