10章人类疾病的动物模型

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1、第十章人类疾病的动物模型第一节人类疾病的动物模型的概念 一 人类疾病的动物模型的概念人类疾病的动物模型 animalmodelofhumandisease 是生物医学科学研究中所建立的具有人类疾病模拟性表现的动物实验对象和材料 使用动物模型是现代生物医学研究中的一个极为重要的实验方法和手段 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 动物模型是实验假说和临床假说二者的试验基础 通过对动物各种疾病和生命现象的研究 进而推用到人类 探索人类生命的奥秘 以控制人类的疾病和衰老 延长人类的寿命 二 动物模型的意义 1 避免了在人身上进行实验所带来的风险 2 临床上平时不易见到的疾

2、病可用动物随时复制出来 3 克服人类某些疾病潜伏期长 病程长和发病率低的特点 4 可以严格控制实验条件 增强实验材料的可比性 5 可以简化实验操作和样品收集 6 有助于更全面地认识疾病的本质 第二节动物模型分类及设计原则 一 动物模型分类 一 按产生原因分类1 自发性动物模型 spontaneousanimalmodels 概念 是指实验动物未经任何有意识的人工处理 在自然情况下所发生的疾病 方法 自然筛选 如突变系的遗传疾病和近交系的肿瘤疾病模型 突变系的遗传疾病很多 可分为代谢性疾病 分子疾病和特种蛋自质合成异常性疾病 如无胸腺裸鼠 肌肉萎缩症小鼠 肥胖症小鼠 癫痫大鼠 高血压大鼠 无脾小

3、鼠和青光眼兔等 优点 为生物医学研究提供了许多有价值的动物模型 2 诱发性或实验性动物模型 experimentalanimalmodels 概念 是指人工地诱发出特定疾病的动物模型 方法 用物理的 化学的和生物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的功能 代谢或形态结构方面的病变 如用化学致癌剂 放射线 致癌病毒诱发动物的肿瘤等 优点 诱发性疾病动物模型具有能在短时间内复制出大量疾病模型 并能严格控制各种条件使复制出的疾病模型适合研究目的的需要等特点 二 按系统范围分类1 生物医学动物模型 1 生物医学动物模型概念 是指根据动物生物学特征来提供人类疾病

4、相似表现的疾病模型 实例 兔甲状旁腺分布比较分散 位置不固定 有的附着在主动脉弓附近 摘除甲状腺不影响甲状旁腺功能 是摘除甲状腺实验较理想动物的模型 沙鼠缺乏完整的基底动脉环 左右大脑供血相对独立 是研究中风的理想模型 鹿的正常红细胞是镰刀形的 多年来被供作镰刀形红细脑贫血的研究 2 抗疾病型动物模型概念 是指特定的疾病不会在某种动物身上发生 或用转基因方法构建抵抗某种疾病的动物模型 意义 探讨为何种动物对该疾病有天然的抵抗力 如哺乳类动物均感染血吸虫病 而洞庭湖流域的东方地鼠却不会感染血吸虫病 因而可用于血吸虫感染和抗病的研究 培育抗病动物新品种 2 疾病的基本病理过程动物模型概念 是指致病

5、因素在一定条件下作用于动物后 所出现的共同性的功能 代谢和形态结构某些改变的动物模型 诸如发热 炎症 休克 电解质紊乱等疾病的基本病理过程 比如发热 是各种病原微生物 细菌 病毒 寄生虫感染所致 又如给动物注射内毒素或异性蛋白 某些化学物质等则可使动物体温调节中枢功能障碍而引起发热 切断动物颈部双侧迷走神经 可复制典型的肺动脉高压动物模型 这类动物模型是研究疾病机制和药物筛选理想的方法 3 各系统疾病动物模型是指与人类各系统疾病相应的人类疾病动物模型 如神经 心血管 呼吸 消化 造血 生殖 内分泌 泌尿 骨骼等系统疾病相应的动物模型 还包括按科分类 如 传染病 妇科病 儿科病 皮肤科病 五官科

6、病 外科病 奇生虫病 地方病 维生素缺乏病 物理损伤疾病和职 比病等动物模型 二 动物模型设计原则 一 设计原则1 相似性所复制的模型应尽可能近似于人类疾病的情况 2 重复性理想的动物模型应该是可重复的 甚至是可以标准化的 3 可靠性复制的动物模型还应该力求可靠地反映人类疾病 即对特异地 可靠地反映某种疾病或某种功能 代谢 结构变化 应具备该种疾病的主要症状和体征 经化验或x线照片 心电图 病理切片等证实 4 适用性和可控性供医学实验研究用的动物模型 在复制时 应尽量考虑到今后临床应用和便于控制其疾病的发展 以利于研究的开展 5 易行性和经济性在复制动物模型时 采用的方法应尽量做到容易执行和合

7、乎经济原则 第三节设计动物模型的注意事项 一 注意致模因素的选择致模因素的选择是复制动物模型的关键步骤 应明确研究目的 清楚相应人类疾病的发生 临床症状和发病机制 熟悉致病因素对动物所产生的临床症状和发病情况 致病因素的剂量 选择适当的致病因素和尽量选择与人类相似性小的实验动物作动物模型 以增加所复制动物模型与人类疾病的相似性 二 注意动物因素的选择复制动物模型应注意选用标准化和实用价值的动物 复制动物模型时应遵循适于大多数研究者使用 容易复制 便于操作和采集各种标本 动物来源应注意选用标准化实验动物 家畜和野生动物作模型资源的补充 标准化实验动物用作模型资源其优点 生活在标准化的环境内 有清

8、楚的遗传背最和微生物控制标准 具有较强的敏感性 较好的重复性和反应均一的特点 有严格的饲养规程 易获取大样本实验和观察 缺点在人工控制下培育的动物与自然生长繁育的动物有所不同 而且标推化环境的维持消耗大量的资金 三 注意近交系的应用 近交系的选择应注意遗传背景清楚 反应均一 个体差小 广泛地应用于动物模型复制 但在设计中必须慎里考虑以下因意 近交系的繁殖方法与自然状态不同 例如自发性糖尿病BBWistarRat具人糖尿病临床特征但实践常并发有周围神经系统严重病 睾丸萎缩 甲状腺炎 恶性淋巴瘤等 因此 要有目的选择 不可盲目的采用近交系 近交系形成的亚系不能视为同一品系 要充分了解新品系的特征及

9、有关资料 即使已形成模型的品系由于育种和环境改变 仍有可能发生的基因突变和遗传演变 即存在变种甚至断种的危险 国外常用两种近交系的杂一代 F1 作为模型 其个体之间均一性好 实验的耐受性强 封闭群动物 远交系 虽然个体间的重复性和一致性没有近交系 F1动物好 但遗传特性及反应性保持相对稳定 其生活力强 蟹殖率高 抗病力强 可以大量生产 在某些方西可选用 第四节肿瘤学研究中的动物模型 一 肿瘤学动物模型的概念建立实验肿瘤模型的目的 是在于利用其体内及体外生长的肿瘤 探讨肿瘤病因学 肿瘤生物学行为学 肿瘤发病机制研究 以及用来寻找对肿瘤成因及发展有抑制作用的药物及治疗方法等 特别是在诸如肿瘤侵袭和

10、转移规律及其机制的研究 肿瘤细胞与细胞外间质相互作用 肿瘤细胞与宿主免疫细胞和免疫因子的相互作用以及血管生成和抗肿瘤药物药代动力学等方面的研究 实验动物模型是体外实验模型所无法取代或无法完全取代的 肿瘤的动物模型有两大型 既实验动物自发性肿瘤和实验动物诱发性肿瘤 二 实验动物自发性肿瘤 实验动物自发性肿瘤是指实验动物未经任何有意识的人工处置 在白然情况下所发生的肿瘤 实验动物自发性肿瘤主要发生于近交系动物 随实验动物种属 品系的不同 肿瘤的发生类型和发病率有很大差异 其中 小鼠的各种自发性肿瘤在肿瘤发生 发展的研究中具有重要意义 目前 可用于肿瘤实验研究的小鼠品系或亚系就有200多个 在近交系

11、小鼠中 各种肿瘤的发生率因品系不同而存在很大差异 肿瘤实验研究中选用自发性肿瘤模型为对象进行研究有一定的优点 首先是自发性肿瘤通常比用实验方法诱发的肿瘤与人类所患的肿瘤更为相似 有利于将动物实验结果应用到人 其次是这类肿瘤发生的条件比较自然 有可能通过细致观察和统计分析发现原来没有发现的环境或其他的因素 可以观察遗传因素在肿瘤发生上的作用 但应用自发性肿瘤模型也存在一些缺点 肿瘤的发生情况可能参差不齐 不可能在短时间内获得大量肿瘤学材料 观察时间可能较长 实验耗费较大 二 实验动物自发肿瘤的研究注意事项 1 实验动物品系关系到自发肿瘤发病率的稳定性 一般近交系动物较稳定 同时亦利于进行移植研究

12、 而远交系动物就不如近交系动物发病率那样稳定 2 不同品系动物自发肿瘤的发病率差异是很大的 如C3H雌鼠自发乳腺肿瘤发病率几乎为100 而C57BL则没有自发性乳腺肿瘤 3 自发肿瘤的发病率与动物年龄有关 小鼠自发性肿瘤6 18月龄鼠发病率最高 但一般幼年和老年动物自发肿瘤的发病率就很低 4 自发肿瘤的发病率与雌鼠的生育状态密切相关 A系小鼠生育后雌鼠乳腺肿瘤的发病率为60 80 而未生育过的雌鼠乳腺肿瘤的发病率仅为5 5动物自发肿瘤的研究要注意动物遗传背景和环境因素 以便为肿瘤发生的内因和外因提供实验资料 三 实验动物诱发性肿瘤 一 实验动物诱发性肿瘤的概念利用化学致病物质来诱发实验性肿瘤的

13、动物模型 也是进行肿瘤实验研究的常用方法 目前使用较多的化学致癌物有多环碳氢化合物 亚硝胺和偶氮 染料等 强烈的致癌物诱发出来的肿瘤 恶性程度高 容易将其做成功 指一个可移植的动物肿瘤 二 常用诱发肿瘤动物实验方法1 经口给药法 食管癌 胃癌 大肠痈等肿瘤常用此方法 2 涂抹法 主要用于诱发皮肤肿瘤 3 注射法 将化学致癌物制成溶液或悬浮物 经皮下 肌肉 静脉或体腔等途径注入动物体内而诱发肿瘤 4 气管灌注法 常用于诱发肺癌 5 穿线法 将一定量的致癌物放置于无菌试管内 加热使致癌物升华 吸附于预制的线结上 将含有致癌物的线结穿入靶器官或靶组织而诱发肿瘤 6 埋藏法 将致痛物包埋于皮下或其他组

14、织内或将以致癌物作用过的器官 组织移植于同种系动物皮下进行肿瘤的诱发实验 三 诱发肿瘤的基本要求 1 诱发肿瘤的方法简单易行 可重复性强 2 肿瘤的诱发率应较高 3 所诱发的肿瘤与人类肿瘤具有相似性 4 要注意选择对所用致癌剂较敏感的动物种系 5 用致癌物剂量要适当 不能使动物中毒死亡 又要在较短期内诱发较高比率的肿瘤6 诱癌动物要辅以适当的饲养条件 7 诱癌过程最好伴行明显的癌前病变 以便研究肿瘤发病学 四 诱发肿瘤的注意事项 1 应设置严格的阳性和阴性对照 2 有些实验除应用致癌剂外 还需辅以促癌剂 方能诱癌成功 3 动物实验的结果常常不能类推到人类 在解释实验的意义时应注意到种属的区别

15、4 诱癌实验中应十分注意对实验人员和环境的保护 5 诱癌实验要注意将肿瘤发生的内因和外因结合起来分析 五 诱发性肝癌动物模型 1 模型简述利用外源性化学致癌因素引起细胞遗传特性异常 呈现出异常生长和高增殖活性 形成肿瘤 常用口服致肝癌的物质有乙基亚硝胺 DEN 4 二甲基氨基偶氮苯 DBA 2 乙酰氨基酸 2AAF 亚胺基偶氮中苯 OAAT 和黄曲霉素 2 造模方法 1 DEN诱发大鼠肝癌给与0 25 DEN水溶液0 25 1ml灌胃 或稀释10倍放在饮水瓶中自由饮水 剂量为每天2 10ml kg喂养半年左右 2 DBA诱发大鼠肝癌用含0 06 DBA的饲料饲养大鼠 连续喂养4 6个月 3 2

16、AAF诱发大鼠肝癌给成年大鼠喂食含0 03 2AAF的标准饲料 连续3 4个月 4 OAAT诱发小鼠肝癌用含1 OAAT苯溶液 0 1ML含1mg 涂在动物的两肩肿间皮肤上 隔日1次 每次2 3滴 一般涂100次 连续7 8周 5 黄曲霉素诱发大鼠肝癌用含0 001 0 015PPm黄曲霉素的饲料喂6个月 六 小鼠诱发性皮肤癌动物模型 1 模型简述常用诱发皮肤癌的方法是用甲基胆蒽等强烈致癌物 虽然实验间期较长 但成功率较高 2 造模方法取24 30g的小鼠 雌雄不限 用硫化钠溶液在背部脱毛 于脱毛部位涂抹0 5 甲基胆蒽蓖麻油溶液 每周3次 每次2滴 滴后用小毛刷涂匀 每日观察小鼠一般状况及背部皮肤变化 如背部毛又长出 仍用硫化钠脱毛或剪毛 以便涂抹甲基胆蒽 每天称体重1次 适时取瘤组织作病理检查 并摄影 此后取肿瘤及各脏器镜检 3模型特点及应用涂抹中基胆思后150 200天 平均178天 存活鼠皆出现鳞状上皮癌 单发或多发 有在乳头状瘤部位癌变 亦有在其他部位突然出现者 鳞癌出现后 即停止涂抹甲基胆蒽 癌生长迅速 小鼠通常在1 2周内死亡 但有的存活时间较长 第四节心血管系统疾病的动