《动物实验方法绪论》PPT课件

医学实验动物学,第一章绪论实验动物是生命科学的基础和重要的支撑条件之一，它几乎涉及到生命科学有关的各个领域。实验动物的标准化程度直接影响生命科学领域中研究成果的确立、研究水平的高低和研究产品的质量，已发展成为现代科学技术领域不可分割的一个组成部分。实验动物学已发展一门独立的综合性的基础学科，它的发展水平已成为衡量一个国家生命科学发展水平的重要标志。,实验动物学是一门新兴学科实验动物学是伴随着生物医学的动物实验而发展起来的。虽然从公元前4-3世纪亚里斯多德解剖动物可以认为是动物实验的开始，但从其他学科分化出来作为独立学科的实验动物学的历史较短，以正式定名为准，它的存在大约半个世纪。,实验动物学是一门综合性学科实验动物学研究的范围广泛，需要引入或借鉴其他学科的研究成果及研究方法，涉及生物学、动物学、畜牧学、兽医学、遗传学、微生物学、营养学、免疫学、胚胎工程、细胞工程、基因工程、环境工程等多门学科。实验动物学有别于动物学、畜牧学、兽医学，也有别于实验医学或比较医学。虽然相互关联，但研究的对象与目的不同，研究方法也不尽相同。实验动物学是一门应用性学科实验动物学研究实验动物和动物实验方法的学科，实验动物在生物医学研究中，没有任何其他技术和方法完全可以替代，同样动物实验是生命科学及其他一些自然科学研究的重要手段，已经建立了科学的标准化的动物实验方法。,第一节实验动物学的基本概念及基本内容,一、实验动物（LaboratoryAnimal,LA)的概念1988年国家科委颁布的实验动物管理条例中指出：实验动物是指人工饲养，对其携带的微生物实行控制，遗传背景明确或来源清楚的，用于科学研究、教学、生产、检定及其他科学实验的动物。国家科学技术部于2000年组织专家，对实验动物管理条例修订补充，其中将实验动物定义为：经人工培育、遗传背景清楚、对其质量实行控制、用于科学试验及产品生产的动物。,实验动物的特点1.从遗传角度，必须经人工培育，在特定的环境条件下，人工培育而成的动物2.遗传背景明确、来源清楚。实验动物科学的涵义应是遗传限定的动物。3.健康状态实施监控：对其携带的微生物、寄生虫实行控制。4.应用范围明确，实验动物主要是应用于科学实验。有学者称之为“活的分析天平”，如同理化实验，需要精密仪器和高纯度试剂一样。生命科学研究及其相关的试验，要求实验动物对试验因素敏感性强，反应高度一致，使试验研究结果具有可靠性、精确性、可比性、可重复性和科学性。,二、实验用动物的概念凡是以研究、实验、教育、药品生产、检定等为目的而使用的各种动物统称为实验用动物，包括：实验动物经济动物（家畜、家禽）满足人类社会生活需要而生产的动物野生动物：主要从野外捕获的动物观赏动物：宠物实验动物是一个特定的概念，仅仅是实验用动物中的一个特殊群体。,实验动物与实验用动物的区别,动物实验的概念以实验动物为实验对象的科学实验，包括以实验动物整体水平的综合性反应为评价指标的实验，以实验动物为对象的观测，以实验动物为材料来源的局部器官及系统的实验，以及以实验动物的各种表现参数为权衡尺度的实验室工作。,三、实验动物学（Laboratoryanimalscience，LAS)的基本内容以实验动物为主要研究对象，并将培育的实验动物应用于生命科学等研究的一门综合性学科。包含了一方面对实验动物本身进行生物学特性的系统研究，实施遗传育种、保种以维持其遗传学和生物学特征，培育新品系，并生产繁育出标准化的实验动物;另一方面是用标准化实验动物进行科学实验，研究生命的生理、生化过程，组织形态、机能反应等，并在动物自然发生的疾病及人为制作的病理模型中，观察疾病发生、发展规律，研究药物等各种因素的作用。因而实验动物学支撑了生物与医药学，以及环保、商检、质检和军事科学等广阔的领域。,实验动物学的研究内容实验动物学的任务是研究怎样以优质的实验动物和精确的实验方法，使动物经实验处理后，能获得良好的反应重复性。,实验动物学的基本内容1、实验动物遗传育种学利用遗传调控原理，控制动物的遗传特性，培育新的实验动物品种品系和动物模型，以达到实验动物化的目的。例如怎样保持近交系动物的基因纯合一致，封闭群动物的多基因性，野生动物的驯化研究等。2、实验动物的微生物与寄生虫学研究实验动物的微生物、寄生虫分类及其与人类的相互关系，探讨与实验动物疾病作斗争的措施，实行对实验动物微生物和寄生虫的质量监控。,3、实验动物环境生态学(laboratoryanimalenvironmentalecology)研究影响实验动物生存的环境和条件。如：饲养动物的房舍、温度、湿度、气流、光照、噪音、风速、风压、笼具、饲料、饮水、垫料等。4、实验动物营养学：（labortoryanimalnutriology）研究实验动物的营养需要及其对动物生长、发育、繁殖、抗病力及实验结果的影响。,5、实验动物医学(labortoryanimalmedicine)研究实验动物疾病的诊断、治疗、预防，以控制和消灭实验动物的各种疾病。6、比较医学（comparativemedicine)比较研究所有动物（包括人类）的基本生命现象和异同，并可采用动物与人类疾病不同点的研究，通过建立实验动物疾病模型来研究人类的相应疾病。,实验动物学的基本框架包括实验动物的标准化和动物实验的标准化，实验动物的标准化即标准化实验动物的培育和饲养，动物实验的标准化即怎样在各科医学、生物学研究中准确地选择、正确地使用标准化的实验动物。,实验动物标准化的研究内容按工作程序及阶段划分，实验动物的标准化有三部分组成：实验动物生产条件的标准化：环境、营养控制动物质量的标准化：遗传学、微生物学控制动物实验（应用）条件的标准化,第二节实验动物学在医学生物学中的地位和作用,一、实验动物在医学生物学发展史中发挥了重要作用1628年英国人哈维发现血液循环；1878年德国人科赫发现了结核杆菌；1885年法国人巴斯勒研制出狂犬病弱毒疫苗；19世纪德国医生冯.梅林和俄国医生闵可夫斯基实验切除犬的胰腺发现糖尿病的本质；俄国生理学家巴甫洛夫用犬研究消化生理和高级神经活动研究，提出了条件反射的概念；1914年日本人山极和石川用沥青诱发皮肤癌成功；1975年，英国剑桥大学G.Kohler和C.Milstein成功创造了用杂交瘤研制单克隆抗体的技术，是近代生物医学研究中的重大突破，其研究最重要的材料就是BALB/c小鼠；1997年，“多莉羊”的诞生标志着体细胞克隆技术在器官移植等方面取得了突破性进展。,二、实验动物是现代医学生物学研究的重要条件在医学生物学领域，进行实验研究的条件可概括为AEIR四个基本条件：AAnimalEEquipmentIInformationRReagent,三、实验动物在医学、生物学、工农业等各领域广泛应用1.在医学生物学方面1.1实验动物是人类的替身1.2不能用于人类的某些途径或临床上不易遇到的疾病，如烈性传染病的人工感染，放射病及毒气中毒试验。1.3可以根据实验目的随意安排采取样本的时间、方式1.4应用于各种教学研究2.制药和化学工业方面3.生物制品方面4.轻工业及食品方面5.农业方面6.国防和军事科学方面7.重工业和环境保护方面,第三节实验动物学的发展概况,一、发展史的回顾实验动物学发展史（生物医学史）明代李时珍“本草纲目”神农尝百草“，“灵丹妙药”先灌白兔第一个时期B.C4.-A.D.3大体解剖活体解剖是这一时期的主要特征B.C.4-B.C.3Aristotle（亚里斯多德）动物、人尸体B.C.3-B.C.2Erasistratus活体动物实验创始人，猪气管，肺呼吸空气的器官A.D.1-A.D.2Galen（盖伦）猪，猴等其它动物解剖第二个时期A.D.3-16stopped基督教,第三时期1619世纪辉煌时期Vesalius（韦萨留斯1514-1556）现代解剖学奠基人，公开dog,pig解剖示教1628年WilliamHarvey（英国），蛙、犬、蛇、蟹发现了血液循环是一个闭锁的，人与血的运动闭锁系统18世纪Hales（黑尔斯）报道了动物血压的研究结果1665年Wren用羽管对犬旅行静脉注射，同年Lower用犬给犬输血1813年Bernard用动物研究疾病，创立了“实验医学”一词1846年玛登利用鸟类作实验，发现了醚麻醉术1859年物种起源,1867年JosephLister用饱和石炭酸处理伤口，开创了抗菌术1792年Jenner研究牛、马、猪的豆疹，比较人类的天花，第一次科学地认证了疫苗的效能，这是比较医学的典范1878年Koch（科赫，德国）研究牛、羊疾病，发现了结核杆菌，证实细菌与疾病的关系1880年，1885年LouisPasteur（巴斯德，法国）禽霍乱疫苗，狂犬病疫苗，破伤风抗毒素，1891年白喉抗毒素1889年BaronJosephVonMering（德国）和OscarMinKowsk（俄国）-insulin防止虐待动物协会Societyforpreventionofcrueltytoanimals,SPCA-英格兰19世纪末，20世纪初，巴甫洛夫消化生理与高级神经活动,第四时期20世纪初至今1870年孟德尔遗传定律，1909年丹麦植物学家和遗传学家约翰逊首次提出“基因”这一名词，用以表达孟德尔的遗传因子概念1907年第一株近交系动物DBAmouse1910年洛斯用鸡实验，发现肿瘤病毒病原1912年卡雷耳（Carrel）通过动物实验，开创了血管与器官移植实验研究1914年山极和市川，用沥青长期涂抹家兔，诱发皮肤癌3,4苯比芘1921年OttoLoewi（洛尹）用简单的离体蛙心实验，发现了ACh1921年BantingFrederickGrant发现insulin,1928年金属隔离器无菌技术1927年博莱罗克用犬实验，发现休克治疗方法1936年Selye通过动物实验创立了“应激学说”1946年美国Reyniers等育成无菌大鼠1953年葛明用猫作实验，发明心肺旁道器1959年不同微生物等级的实验动物（无菌动物，悉生动物，无特定病原体动物，普通动物）1965年格但斯克用猩猩做实验，发现变性脑病的病毒病原1980年Gordon培育成功transgenicmouse，组织相容性基因的发现（MHC）1984年单克隆抗体1996年T淋巴细胞识别1997年英国Wilmut“多利”,二、实验动物科学的进展1.近交系动物的培育近交：遗传上血缘关系较近的雌雄个体之间的近亲交配。近交类型：纯交：相同基因型个体之间的交配，AAAA回交：纯合子与杂合子之间的交配，AaAA互交：相同杂合子之间的交配，AaAa2.无菌动物的培育无菌动物是指用现有的检测技术在动物体内外的任何部位均检不出任何活的微生物和寄生虫动物。,3.突变系动物和转基因动物的培育基因突变动物是指遗传基因发生突变而具有某种特殊性状表型的动物，又称突变系动物。转基因动物是指染色体基因组中整合有外源基因并能遗传给后代的一类动物。4.免疫缺陷动物的培育免疫缺陷动物是指由于先天性遗传突变或用人工方法造成一种或者多种免疫系统组成成分缺陷的动物。,三、国外实验动物学的发展概况20世纪50年代后，伴随着生命科学技术的进步，特别是实验科学的兴起，极大地促进了实验动物科学的发展。1956年联合国教科文组织与医疗科学国际组织和国际生命科学会联合成立了国际实验动物委员会（InternationalCouncilonLaboratoryAnimalScience,ICLAS),国际实验动物科学委员会（ICLAS）全球性实验动物学术机构，负责国际实验动物科学事业发展的指导协调与管理工作，每三年召开一次国际学术研讨会，交流信息，加强合作，对促进实验动物的标准化、商品化、社会化，推动实验动物科学的发展起了良好作用。该委员会有40余个成员国，中国1987年正式被接纳为该委员会的成员国。,近年来，国外实验动物科学的发展突出表现在以下几方面：1、由技术上的严格要求转向人道主义的管理，提倡实验动物福利保护，严禁粗暴对待或虐待实验动物，并且通过采取各种措施，利用各种方式，提高实验动物的利用率，减少实验动物的用量，减少实验动物的痛苦与不安。这就是目前国际上广泛提倡的减少、替代和优化原则。2、实验动物科技发展国际化，供应社会化，质量标准化，生产规模化，使用专业化。伴随着人类社会进步和科学事业的发展，实验动物科学已发展成为国际规模的应用新学科，在发达国家均有生产、供应高质量实验动物的专业化公司，通过行业协会管理统一了同类实验动物标准，制定了使用实验动物进行科学研究与试验的操作规范。,3、相关科学技术的成果极大地促进了实验动物科学技术的提高，实验动物科技水平的提高又有力地推动了相关科学技术的发展。实验动物科学与其他相关学科已交融为不可分割的科学体系。人类疾病动物模型开发与建立得到了应有的高度重视。综上所述：1）目前实验动物水平较高的国家都相继颁发了实验动物管理条例、法规或规范，已实现了实验动物生产的标准化、商品化和社会化，并且形成了完整的实验动物教育、科研、生产管理与应用体系。2）实验动物生产的标准化、商品化及社会化程度是一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。,国外实验动物培育的成果1909年美国Jackson实验室第一任所长Little教授在研究小鼠毛色基因时首次采用近交方法，培育出DBA纯系小鼠。1943年美国圣母大学Lobund实验室J.A.Reynier博士研制成功第一台金属隔离器，并培育出无菌大鼠。1947年英国成立实验动物管理署，后改为英国实验动物中心；（BKLAC）,1963年成立英国实验动物学会；20世纪50年代，世界发达国家，先后成立实验动物学会、协会及实验动物管理机构，并制定法律、法规，大大推动了实验动物学科的发展。1950年美国成立动物饲养管理小组，1967年改为美国实验动物科学学会（AALAS）;1952年日本成立实验动物中央研究所；1956年联合国教科文组织、医疗科学国际组织以及生物科学协会联合创立了国际实验动物科学委员会（ICLAS）。,1961年加拿大成立加拿大动物管理委员会，该委员会于80年代出版了实验用动物管理与使用指南，对实验动物标准、设施、各种实验动物特性以及动物实验技术作了介绍，全书始终贯彻了人道主义对待动物的主导思想，提出了著名的“3R原则”Reduce,Replacement,Refinement;1962-1969年间英国Grist医师发现并培育出裸鼠，其后科学家进一步确定裸鼠无胸腺，缺少T细胞。1978年美国FDA颁布了GLP规范；1988年接纳中国实验动物学会为其会员。1982年Palmiter等报道，将大鼠生长激素基因导入小鼠受精卵中，成功创造出的“超级小鼠”，即第一例转基因小鼠的问世，开辟了实验动物新纪元。至今，美国Jackson实验室采用转基因技术建立的人类疾病动物模型有610余种，国际上公认的近交系小鼠已有300多个品系，大鼠100多个品系。,四、我国实验动物的发展状况1918年北平中央防疫处开始饲养繁殖小鼠，其后，陆续有学者从国外引进一些品种品系动物，但仅限于几个大城市的少数科研单位。50年代，为控制和消灭传染病的流行，北京、上海、长春、武汉、成都和兰州建立了生物制品研究所，并建立了规模较大的实验动物生产车间。1956年天津医学院李漪教授培育出津白1低癌系白化小鼠，这是国内第一例近交系小鼠。随后，津白2高癌系小鼠、615小鼠相继问世。从80年代开始，我国实验动物工作有了飞速的发展。1987年成立了“中国实验动物学会”，编辑出版实验动物学专业杂志，不断加强与国外的技术合作与学术交流。1988年，经国务院批准，原国家科委发布了实验动物管理条例。,1994年国家技术监督局正式发布实施中华人民共和国实验动物国家标准，详细规定了实验动物遗传质量控制、微生物学监控，饲养环境控制标准，营养标准等，这标志着我国实验动物标准化工作基本进入了规范化、法制化的体系。1996年10月，北京市实验动物管理条例经北京市人大常委会审议批准，成为我国第一部有关实验动物管理工作的地方性法规。1998年国家科技部建立了“国家啮齿类实验动物种子中心”，向全国供应实验动物种子。2001年拨款筹建国家遗传工程小鼠资源库，为我国医药研究领域提供重要的实验动物模型。与此同时，我国老一代科学家钟品仁教授、孙靖教授，由国外引进裸鼠繁育成功，并建立国内第一座实验动物屏障设施。目前，仅北京地区的实验动物屏障设施就有50余座。,我国实验动物发展中存在的问题研究人员缺乏必要的动物实验知识和基本训练。用于实验的动物种系少。用于实验的动物质量和笼器具质量较差。动物使用率低。动物实验方面技术人员缺乏，国际交流少，信息不灵。基础薄弱、地区差异大、从业人员素质亟待提高、政策法规及管理需进一步完善。,第四节21世纪实验动物科学的发展趋势,（一）实验动物科学与分子生物学美国Jackson研究所保存的利用转基因技术建立的人类疾病动物模型就有610种之多，这些动物模型在生物医学研究领域得到日益广泛的应用。目前，国外一些生物技术公司已将转基因小鼠的研制形成专业化和商品化。利用转基因动物来生产珍贵药物蛋白，不仅为生物技术药物的生产开辟了一个崭新的途径，而且也形成了一个医药产业。转基因动物生物反应器，具有非常广阔的应用前景。,（二）实验动物资源开发与利用如我国特有的动物资源鼠兔、黑线仓鼠、东方田鼠、小型猪、水生动物等的开发利用，为肝炎、心血管病、血吸虫病、异种器官移植等人类疾病的研究提供了广泛而又丰富的实验材料和研究手段，引起国外相关领域的关注。充分利用我国动物资源丰富的优势，积极开展动物资源的开发及其实验动物化，不仅有利于提高我国实验动物学科在国际上的地位，同时也可有效的推动我国实验动物科学的发展，为医学生物学研究提供了基础和支撑条件。,（三）3R科学研究减少（Reduction）替代（Replacement）优化（Refinement）动物实验3R原则普遍贯彻,动物替代物和替代方法不断应用，使用动物的数量不断下降，通过3R的研究，不仅进一步丰富了科学研究手段，而且开拓了人们的科研思路，解决了采用常规方法难以解决的问题。对我国生命科学研究来讲，3R还是一个较新的课题，在理论和实践上都存在差距。了解和掌握3R的理论和知识，并在具有一定基础和需求的研究领域，针对那些因各方面因素导致动物试验结果不稳定、但在国外已有成熟替代方法的研究领域，尽快启动并广泛开展3R研究势在必行。,（四）实验动物工作管理体系的完善加强实验动物质量管理，应作好三方面的工作：制定与国际接轨、符合国情的实验动物质量国家标准，并在管理工作中严格执行；建立实验动物质量监测体系；实行实验动物生产和使用许可证制度。国家标准是我们对实验动物进行依法科学管理的依据，许可证制度是进行实验动物依法管理的主要措施，而质量监测体系则是国家标准能够得以落实、许可证制度得以实施的条件保证和关键环节。另外，实验动物的标准化工作也是一个系统工程，包括国家相关标准的制定、生产条件和生产规范的标准化、动物质量监测体系的规范化和标准化、相关条件（饲料、垫料、笼器具等）的标准化。根据我国具体国情，借鉴国外的成功经验，要努力提高我国实验动物标准化工作的整体水平。,（五）培养中国实验动物市场实验动物科学既有学科本身的发展规律，又因其服务于其他学科，因而决定了其具有商品化、社会化、产业化的前景。现代化动物实验环境设施和高科技仪器设备不断涌现。动物实验模型走向商品化。一些发达国家的实验动物生产在市场经济制约下，实验动物是作为科技含量较高的生物技术产品进入市场并形成实验动物产业，同时还包括相关产品如饲料、垫料、笼器具、仪器设备及工程设施的商品化、社会化和产业化。我国的实验动物学科是在计划经济条件下产生的，存在着“小而全”、“大而全”、“利用效率低”等弊端。因此中国应大力发展实验动物产业，培育规范我国实验动物市场，推动我国实验动物的商品化和社会化。同时，实现实验动物产供销的网络化、商品化、社会化和产业化也是增强实验动物学科自我发展能力的必由之路。,第五节实验动物的政策法规和管理体系1、国家为加强实验动物管理，保障实验动物质量，相继出台了一系列法规政策和制度措施，从而为实验动物依法管理奠定了法律基础。主要有（12条）：实验动物管理条例（国家科委1988年）“实验动物管理条例”2号令目前正在修订，增加“生物安全”和“动物福利”1992年，国家科技部“基因工程安全管理办法”17号令1995年，国家卫生部“医学实验动物实施细则”55号令实验动物质量管理办法（国家科委、国家质监局1997年）国家啮齿类实验动物种子中心引种、供种实施细则（科技部1998年）实验动物许可证管理办法（科技、卫生、教育、农业、质监、中医药、总后卫生部2001年）,关于当前许可证发放过程中有关实验动物种子问题的处理意见（科技部1999年）省级实验动物质量检测机构技术审查准则（科技部1998年）省级实验动物质量检测机构技术审查细则（科技部1998年）安徽省贯彻实验动物管理条例实施意见（省科委、教委、卫生厅、医药局1989年）安徽省实验动物许可证管理办法实施细则（省科技、卫生、教育、农委、质监、药监、出入境局2003年）2003年，国家科技部等四部、局“SARS病毒研究实验室暂行管理办法”和“SARS病毒的毒种保存、使用和感染性动物模型的暂行管理办法”,2制定了实验动物质量的国家标准、地方标准1994年，国家技术质量监督局发布“实验动物质量”国家标准2001年，国家质量监督检验检疫总局又修订发布“实验动物质量新标准”共8类83项2002年5月1日实施地方标准：实验用猕猴微生物质量、实验用犬微生物质量、实验用小型猪质量、实验动物笼器具,实验动物国家标准体系（2002年5月1日实施）遗传：哺乳类实验动物的遗传质量控制GB14923微生物：微生物学等级及监测GB14922.2微生物学检测方法GB14926寄生虫：寄生虫学等级及监测GB14922.1寄生虫学检测方法GB/T18448.1-18448.10环境设施：环境及设施GB14925营养：配合饲料通用质量标准GB14924.1配合饲料卫生标准GB14924.2,管理服务体系1）归口管理(行政许可)科技厅2）部门协调动管会3）人员培训培训基地4）学术交流研讨实验动物学会质量保证体系实验动物中心动物供应实验动物质量检测中心检测内部检测人员、仪器保证实验动物工作的核心质量保证（促进实验动物相关产业），实验动物学为生命科学的高水平发展奠定了重要的物质基础。该学科从动物学、环境生态学、遗传学、生理学、营养学、微生物学和病理学等角度，对实验动物的群体和个体、各器官组织以及细胞直至分子水平作多层次、全方位的系统研究，培育出多种符合使用要求的标准实验动物，并制作出一系列人类疾病的动物模型，提供生物医学、环保、商检、质检和军事科学等广阔领域应用。,关于实验动物管理条例原国家科委早在1988年经国务院同意，颁布了实验动物管理条例，这是实验动物管理的第一部法规。条例共八章三十五条。第一章“总则”明确了科技行政部门归口管理实验动物，部门协助管理，确定实行实验动物质量监督和质量合格认证制度，并要求制定实验动物国家标准。第二章“实验动物饲养管理”从质量监测，管理制度，操作规程，品种、品系和等级，饲料、饮水、垫料等方面明确饲养管理要求。