第三部分现代实验动物学技术幻灯片

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1、第三部分 现代实验动物学技术,中南大学生物科学与技术学院 丁乃峥,第一节 常见人类疾病动物模型的制备技术 第二节 实验动物遗传工程技术 第三节 行为学研究技术 第四节 实验动物分子影像技术 第五节 实验动物胚胎工程和胚胎操作技术,一、建立人类疾病动物模型的意义（动物模型的优越性） 二、人类疾病动物模型的设计原则 三、动物模型分类 四、心血管疾病动物模型 五、呼吸、消化疾病动物模型 六、内分泌、营养疾病动物模型 七、神经系统疾病动物模型 八、骨骼系统疾病动物模型,第一节 常见人类疾病动物模型的制备技术,一、转基因技术 二、基因打靶技术 三、基因捕获技术 四、其他基因工程技术,第二节 实验动物遗传

2、工程技术,一、比较行为学的医学应用 二、行为的遗传倾向性 三、动物行为的特点和一般研究方法 四、实验动物研究中常用行为研究技术,第三节 行为学研究技术,一、分子影像概念和几种分子影像技术的比较 二、活体动物体内光学成像技术 三、PET成像是研究生理功能和分子功能的功能成像技术 四、CT是高分辨结构成像技术 五、核磁成像是具有结构成像和功能成像的新技术 六、小动物超声成像,第四节 实验动物分子影像技术,一、胚胎工程概论 二、胚胎操作基本技术 三、胚胎操作主要相关技术,第五节 实验动物胚胎工程和胚胎操作技术,第一节 概述,一、定义 人类疾病动物模型(Animal models of human d

3、iseases）是指为阐明人类疾病的发生机理及建立预防、诊断和治疗方法而制作的具有人类疾病模拟表现的实验动物,二、建立人类疾病动物模型的意义,意义： 人类的替难者，避免了在人身上进行实验所带来的风险； 可按研究者的需要获得实验材料； 缩短研究周期； 可控制各种实验条件，结果可比性强，重复性好； 可提供发病率较低的疾病材料 有助于更全面认识疾病的本质 药物的药效学研究和安全性评价 为教学服务，提供直观生动的教学效果,三、人类疾病动物模型的设计原则： 一个好的动物模型应具有以下特点 1、相似性：动物模型应与相应的人类疾病有类似之处，尽可能再现所要研究的人类疾病的病理变化。 2、重复性：理想的模型应

4、是可重复、可标准化的。标准的动物、标准的环境、标准的饲养管理、标准的实验器材、标准的实验操作。 3、可靠性：复制模型应特异地、可靠地反映该种疾病或某种机能、代谢、结构变化，同时应具备该种疾病的主要症状和体征，并经受一系列检测得以证实。,4、适用性：复制模型应尽量考虑今后临床能应用和便于控制其疾病的发展，动物背景资料要完整，生命史能满足实验需要。 5、易行性和经济性：动物经济而来源充足，便于转运，易于关养。在同等条件下，优先使用标准化的实验动物。 6、安全性：动物模型应不对实验人员和其它人员的生命安全产生威胁。,第二节 动物模型分类 按产生原因分类 1、诱发性动物模型（experimental

5、animal model） 2、自发性动物模型（spontaneous animal model） 3、抗疾病型动物模型（negative animal model） 4、生物医学动物模型（Biomedical animal model）,按产生原因分类 1、诱发性动物模型（experimental animal model） 又称为实验性动物模型，指通过使用物理、化学、生物等致病手段，人为制造的疾病模型。 优点：制作方法简便，实验条件比较简单，其他因素容易控制，短时间内可大量复制。 缺点：诱发的疾病模型与自然产生的疾病在某些方面有所不同。而且有些人类疾病不能用人工方法诱发出来。,物理因素诱发

6、：如手术致骨折、放射线致免疫抑制 化学因素诱发：如高油脂饲料致兔动脉粥样硬化、化学毒物中毒 生物因素诱发：如微生物感染 复合因素诱发：如豚鼠慢支用致病菌加寒冷或加SO2 生物技术制作的动物模型：如嵌合体动物、转基因动物、克隆动物等,2、自发性动物模型（spontaneous animal model） 指不加任何人工诱发，在自然条件下动物自然产生的疾病，或者由于基因突变的异常表现通过遗传育种保留下来的动物疾病模型。以肿瘤遗传性疾病居多。 优点：是在一定程度上减少了人为的因素，更接近自然的人类疾病。 缺点：种类有限，疾病动物饲养条件要求高，发病率低，发病时间长。自发肿瘤模型因动物种系、品种不同，

7、其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异。,自发性动物模型应用价值很高，特别是在遗传性疾病、免疫缺陷病、肿瘤等的研究上得到了广泛应用。近几十年来科学界十分重视自发性动物模型的开发。 如与人类疾病相似的心脏病的加拿大犬；与儿童碳水化合物、氨基酸代谢失调相似的猫；自发性高血压和脑中风大鼠；青光眼兔；自发性糖尿病地鼠；肥胖症小鼠；裸鼠：肺癌、淋巴肉瘤、白血病等等。,3、抗疾病型动物模型（negative animal model） 是指特定的疾病不会在某种动物身上发生。因此可借以探讨为何该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能复制血吸虫病，故可用于血吸虫感

8、染和抗病的研究。,4、生物医学动物模型（biomedical animal model） 是指利用健康正常的动物生物学特征来提供人类疾病相似表现的疾病模型。 如沙鼠缺乏完整的脑基底Willis动脉环，动脉环后交通支，可用来结扎一侧颈动脉制备脑梗塞、脑缺血模型 鹿的正常红细胞是镰刀形的，多年来一直用于镰刀形红细胞贫血研究。,（三）按模型对象分：整体动物模型、离体组织器官模型、细胞株模型、数学模型 （四）按中医药体系分 中医证候动物模型：阴虚、阳虚、气虚、血虚、脾虚、肾虚动物模型，厥脱症动物模型,三、影响动物模型的因素 1、致模因素 研究目的 人类疾病的致病因素，临床症状和发病机理在动物上的区别,

9、2、动物因素（种类、品系、年龄、性别、生理状态等） 3、实验技术因素（昼夜、麻醉深度、手术技巧、给药途径、对照组） 4、环境和营养因素（温度、湿度、噪音光照、饲料等）,前言,在医学发展过程中，当人们发现动物的某些生理特性、病理特征和人类有一些共性时，就开始了以动物实验为主的科学研究。十八世纪初，英、法等国家出现了一些动物生理指标的报道。 近一百年来，与人类健康密切相关的重大科研突破，主要是经动物实验完成的，动物模型在其中发挥了重要作用。目前人类疾病模型的选育己成为科研工作的首要任务之一，己经研制出数百种人类疾病动物模型。 中医在走向现代化的发展过程中，可以借鉴现代科学的优秀成果，利用先进的方法

10、与手段进行研究。熟悉动物模型的作用、长处及不足等问题，能使我们在科研中扬长避短。,动物模型的优越性,（一）避免了在人身上进行实验所带来的风险 临床上对外伤、中毒、肿痛病因等研究是有一定困难的，甚至是不可能的，如急性和慢性呼吸系统疾病研究进很难重复环境污染的作用。 辐射对机体的损伤也不可能在人身上反复实验。而动物可以作为人类的替难者，在人为设计的实验条件下反复观察和研究。 因此，应用动物模型，除了能克服在人类研究中经常会遇到的理论和社会限制外，还容许采用某些不能应用于人类的方法学途径，甚至为了研究需要可以损伤动物组织、器官或处死动物。,动物模型的优越性,（二）临床上平时不易见到的疾病可用动物随时

11、复制出来 临床上平时很难收集到放射病、毒气中毒、烈性传染病等病人，而实验室可以根据研究目的要求随时采用实验性诱发的方法在动物身上复制出来。,动物模型的优越性,（三）可以克服人类某些疾病潜伏期长，病程长和发病率低的缺点 一般遗传性、免疫性、代谢性和内分泌等疾病在临床上发病率很低，例如急性白血病的发病率较低，研究人员可以有意识地提高其在动物种群的中发生频率，从而推进研究。同样的途径已成功地应用于其他疾病的研究，如血友病、周期性中性白细胞减少症和自身免疫介导性疾病等。 临床上某些疾病潜伏期很长，很难进行研究，如肿瘤、慢性气管炎、肺心病、高血压等疾病，这些疾病发生发展很缓慢，有的可能要几年、十几年、甚

12、至几十年。 有些致病因素需要隔代或者几代才能显示出来，人类的寿命期相对来说是很长的，但一个科学家很难有幸进行三代以上的观察，而许多动物由于生命的周期很短，在实验室观察几十代是容易的，如果使用微生物甚至可以观察几百代。,动物模型的优越性,（四）可以严格控制实验条件，增强实验材料的可比性 采用动物来复制疾病模型，可以选择相同品种、品系、性别、年龄、体重、活动性、健康状态、甚至遗传和微生物等方面严加控制的各种等级的标准实验动物，用单一的病因作用复制成各种疾病。温度、湿度、光照、噪音、饲料等实验条件也可以严格控制。 无论营养学、肿瘤学和环境卫生学等方面，同一时期内很难在人身上取得一定数量的定性疾病材料

13、。动物模型不仅在群体的数量上容易得到满足，而且可以通过投服一定剂量的药物或移植一定数量的肿瘤等方式，限定可变性，取得条件一致的模型材料。,动物模型的优越性,（五）可以简化实验操作和样品收集 动物模型作为人类疾病的“缩影”，便于研究者按实验目的需要随时采取各种样品，甚至及时处死动物收集样本，这在临床是难以办到的。实验动物向小型化的发展趋势更有利于实验者的日常管理和实验操作。,动物模型的优越性,（六）有助于更全面地认识疾病的本质 临床研究未免带有一定的局限性。已知很多病除人以外也能引起多种动物感染，其表现可能各有特点。通过对人畜共患病的比较研究，可以充分认识同一病原体（或病因）对不同机体带来的各种

14、损害。因此从某种意义上说，可以使研究工作上升到立体的水平来揭示某种疾病的本质，从而更有利于解释在人体上所发生的一切病理变化。 动物疾病模型的另一个富有成效的用途，在于能够细致地观察环境或遗传因素对疾病发生发展的影响，对于全面地认识疾病本质有重要意义。,动物模型的优越性,利用动物疾病模型来研究人类疾病，可以克服平时一些不易见到，而且不便于在病人身上进行实验的各种人类疾病的研究。 同时还可克服人类疾病发生发展缓慢，潜伏期长，发病原因多样，常伴各种其它疾病等因素的干扰，可以用单一的病因，在短时间内复制出典型的动物疾病模型，对于研究人类各种疾病的发生、发展规律和防治疾病疗效的机理等是极为重要的手段和工

15、具。,一、 人类疾病动模型评估及分类,人类疾病动物模型(Animal models of human diseases)： 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。,（一）、复制人类疾病动物模型的评估,1相似性 复制的动物模型应尽可能近似人类疾病，最好能找到与人类疾病相同的自发性疾病。 2重复性 理想的人类疾病动物模型应该是可重复的，应是可标准化的，不能重复的动物模型是无法进行应用研究的。,3可靠性 复制的动物模型应力求可靠地反映人类疾病，即 可特异地反映该种疾病或某种机能、代谢、结构变化，同时应具备该种疾病的主要症状和体征，并经受一系列检测(如心电图、临床生理、生化

16、指标检验、病理切片等)得以证实。,4适用性和可控性 设计复制人类疾病动物模型，应尽量考虑在今后临床能应用和便于控制其疾病的发展，以便于开展研究工作。 5易行性和经济性 复制动物模型设计，应尽量做到方法容易执行和合乎经济原则。,（二）、动物模型的分类,按产生原因分类 1诱发性动物模型(Experimental animal model)： 是指研究者通过使用物理的、化学的、生物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，即为人工诱发出特定的疾病动物模型。,物理因素 ：机械损伤、放射线损伤、气压、手术 化学因素 ：化学药致癌、化学毒物中毒、强酸强碱烧伤、某种有机成分的增加或减少导致营养性疾病等。 生物因素 ：细菌、病毒、寄生虫、生物毒素等 。,2自发性动物模型 (Spontaneous animal model)： 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。 优点：完全在自然条件下发生的疾病，排除了