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第七章實(shí)驗(yàn)動(dòng)物選擇第一節(jié)人類與各種動(dòng)物的特性比較第二節(jié)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物選擇原則第三節(jié)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物個(gè)體選擇第四節(jié)常見醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中的動(dòng)物選擇第一節(jié)人類與各種動(dòng)物的特性比較生物學(xué)特性比較
人類與實(shí)驗(yàn)動(dòng)物染色體數(shù)目動(dòng)
物
學(xué)
名英文名
染色體數(shù)2n人黑猩猩獼猴犬貓豬兔豚鼠金黃地鼠中國地鼠大鼠小鼠長爪沙鼠
PantroglodytesMacacamulattaCanisfamiliarisFeliScatu$SusscrofaOryctolaguscuniculusCaviaporceUusMesecricetusauratusCricetulusbarabensisRuttusnorvegicusMusmusclusMeriones
unguiculatus
pansatyrusmonkeysdogcatswinerabbitguineapiggoldenhamsterChinesehamterratmousemilneedwauds
46484278383844644420424044
動(dòng)物壽命(年)
犬與人的年齡對(duì)應(yīng)物種猩猩犬大鼠小鼠兔田鼠猴豚鼠豬最長37205315330727平均2010428210516犬123456789101112131415人152428343640444852566064687276
子宮結(jié)構(gòu)動(dòng)物特點(diǎn)大鼠雙角子宮,雙子宮頸,無子宮體。兔雙角子宮,雙子宮頸,無子宮體。豚鼠雙角子宮,單子宮頸,單子宮體。犬雙角子宮,單子宮頸,單子宮體。靈長類無子宮角,單子宮體。生理學(xué)特性比較
人與實(shí)驗(yàn)動(dòng)物臨床觀察指標(biāo)動(dòng)物種類血壓(kPa)收縮壓舒張壓呼吸頻率(次/min)心率(次/min)體溫(℃)人16.710.717.57536.8猴21.1013.354015038.5犬15.997.9918.012038.5兔14.6610.6651.020539.0豚鼠11.607.5390.028038.2大鼠13.0710.1385.532838.2小鼠14.7910.8012860038.0
人與實(shí)驗(yàn)動(dòng)物代謝指標(biāo)動(dòng)物種類飼料量[g/(d.只)]飲水量[ml/(d.只)]排便量(g/d)排尿量(ml/d)發(fā)熱量[J/(h.只)]人5002750100—3001.5-2.0L猴226.825—35113—34065—400312-585犬226.825—35113—34065—400312-585兔28.4--85.160—14014.2--56.740—100132.6豚鼠14.2--28.485—15021.2-85.015—7521.84大鼠9.3—18.720—457.1—14.210—1515.60小鼠2.8—7.04--71.4—2.81--32.34第二節(jié)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物選擇原則選擇與人體結(jié)構(gòu)、功能、代謝和疾病特點(diǎn)相似的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。選擇標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。選用對(duì)實(shí)驗(yàn)因素最敏感的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。選用解剖、生理特點(diǎn)符合實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊蟮膶?shí)驗(yàn)動(dòng)物。盡量選擇結(jié)構(gòu)、功能簡(jiǎn)單又能反映研究指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。第三節(jié)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物個(gè)體選擇年齡、體重實(shí)驗(yàn)動(dòng)物解剖、生理特征和反應(yīng)性隨年齡而明顯變化。應(yīng)注意動(dòng)物間,動(dòng)物與人的年齡對(duì)應(yīng)。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物年齡與體重呈正相關(guān)性。性別性別不同,藥物敏感性差異較大。一般實(shí)驗(yàn)宜采用雌雄各半。生理狀況健康狀況
第四節(jié)常見醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中的動(dòng)物選擇一、藥效學(xué)研究1.臨床前藥物代謝動(dòng)力學(xué)研究常用的有大鼠、小鼠、兔、豚鼠、狗等。首選動(dòng)物及其性別應(yīng)盡量與藥效學(xué)或毒理學(xué)研究所用動(dòng)物一致。藥物動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定,最好使用狗、猴等大動(dòng)物,可在同一動(dòng)物上多次采樣,用小動(dòng)物可能要采用多只動(dòng)物的合并樣本,應(yīng)盡量避免。藥物分布試驗(yàn)時(shí):一般選用大鼠或較為方便。藥物排泄試驗(yàn):一般也首選大鼠,其膽汁采集可在乙醚麻醉下作膽管插管引流。2.一般藥理研究
常選用的包括小鼠、大鼠、貓、狗等,性別不限,但觀察循環(huán)和呼吸系統(tǒng)時(shí)一般不宜用小鼠和兔。二、心血管系統(tǒng)疾病研究1.動(dòng)脈粥樣硬化癥
雞和鴿能自發(fā)主動(dòng)脈粥樣硬化,研究病變與早期代謝變化具有重要價(jià)值。
兔飼料誘發(fā)可發(fā)生粥樣硬化病灶,但病變的局部解剖學(xué)與人類不同。
非人靈長類,可發(fā)生廣泛的的心冠、腦、腎和股等處動(dòng)脈的粥樣硬化癥,是良好模型動(dòng)物。小型豬可自發(fā)動(dòng)脈粥樣硬化,用高脂飼料可加速粥樣硬化的形成。病變特點(diǎn)及分布與人類相似。2.高血壓研究常用動(dòng)物是犬和大鼠。兔的血壓不夠穩(wěn)定。犬與人類的高血壓有許多相似之處。
①高血壓早期血壓波動(dòng)大,以后逐漸升高,并維持在高水平;②環(huán)境和緊張刺激引起血壓明顯升高;③高血壓發(fā)展過程中出現(xiàn)高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)障礙;④部分動(dòng)物血中兒茶酚胺含量增加。自發(fā)性高血壓大鼠(SHR)①遺傳因素占主要地位。②在高血壓早期無明顯器質(zhì)性改變。③血壓升高隨年齡增加而加劇,6個(gè)月后,上升到最高水平。④緊張刺激和大量食鹽等環(huán)境因素加重高血壓的發(fā)展。⑤血壓上升早期或高血壓前期有高血流動(dòng)力特征。⑥發(fā)生繼發(fā)性心血管損害,出現(xiàn)心腦腎合并癥。實(shí)驗(yàn)性高血壓
①以刺激中樞神經(jīng)系統(tǒng)反射性而成。
②注射加壓物質(zhì)。
③分次手術(shù)結(jié)扎腎動(dòng)脈,誘發(fā)腎原性高血壓。
3.心肌缺血研究
冠狀動(dòng)脈阻塞實(shí)驗(yàn):犬、豬、貓、兔和大鼠。
犬心臟的解剖與人類近似,占體重的比例很大,冠狀血管易操作,心臟抗心紊亂能力較強(qiáng)。豬心臟的側(cè)枝循環(huán)和傳導(dǎo)系統(tǒng)血液供應(yīng)類似于人的心臟,側(cè)枝循環(huán)不如犬豐富,易于形成心肌梗塞,室顫發(fā)生率高。大鼠心肺灌流測(cè)定心肌耐缺氧,可同時(shí)測(cè)定心臟的各種血液動(dòng)力學(xué)變化,如心輸出量、血壓、靜脈壓、心房壓等。而小鼠和兔不能。4.心律失常研究
大鼠、豚鼠、兔及貓的心臟較小,心室纖顫有自發(fā)恢復(fù)的可能
①大鼠對(duì)強(qiáng)心甙不敏感
②豚鼠心臟對(duì)心血管藥物的感受性與人類近似。
犬、猴及豬等動(dòng)物的心臟較大。這些動(dòng)物的心室顫很難自然恢復(fù)。
用犬、兔、豚鼠、小鼠、大鼠及雞的胚胎及新生或成年動(dòng)物的心肌細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng),可形成各種有自發(fā)節(jié)律的細(xì)胞,建立心肌損傷及節(jié)律失常實(shí)驗(yàn)?zāi)P汀?/p>
三、生殖系統(tǒng)研究
動(dòng)物生殖周期犬是春秋二季,季節(jié)性單發(fā)情;貓是春秋二季,季節(jié)性多次發(fā)情;小鼠、大鼠及豚鼠,全年間隔一定時(shí)間有動(dòng)情周期循環(huán),是常年多發(fā)情動(dòng)物,恒河猴有月經(jīng)周期。
雌性動(dòng)物的排卵狗、大鼠、小鼠、猴等屬自發(fā)性排卵,即不交配也排卵;兔、貓等屬誘發(fā)性排卵,即只有經(jīng)過交配或一定刺激后才排卵。性周期的雌激素及孕激素調(diào)節(jié)第一型:性周期前半期由雌激素控制,排卵形成黃體,分泌孕激素。狗、猴等。第二型:發(fā)情期排卵形成黃體,但不分泌孕激素。小鼠、大鼠、地鼠等。第三型:不交配則不排卵,不形成黃體,成熟卵泡退化。如交配,則排卵并形成黃體,分泌孕激素。兔、貓等避孕藥物作用機(jī)制研究抑制排卵藥物研究,采用雌性家兔抗著床、早孕藥物研究,采用大鼠、小鼠、倉鼠、豚鼠四、消化系統(tǒng)研究消化道瘺管觀察犬的消化系統(tǒng)發(fā)達(dá),與人相似適于消化系統(tǒng)的慢性實(shí)驗(yàn);對(duì)唾液腺、食道、胃、膽囊可作瘺管,觀察胃腸運(yùn)動(dòng)的變化;胰腺炎研究雌性小鼠可造成膽堿缺乏,誘發(fā)出血性胰腺炎;犬胰腺小,適與摘除;大鼠胰腺分散,位于胃和十二指腸彎曲處;乙型肝炎研究黑猩猩是理想的模型動(dòng)物樹鼠句對(duì)人乙型肝炎感染率高,可形成一定的肝臟病理改變,但不能長期攜帶;豚鼠可作為乙型肝炎慢性化、免疫耐受、乙肝疫苗防治、抗病毒化療藥物篩選的模型材料;疫苗防癌人體需20-30年,豚鼠僅需2-4年。五、抗炎與免疫研究免疫系統(tǒng)種系發(fā)生動(dòng)物細(xì)胞淋巴器官免疫反應(yīng)
分類名稱淋巴細(xì)胞漿細(xì)胞胸腺脾臟細(xì)胞免疫體液免疫
IgMIgGIgAIgEIgD
圓口類鰻
+-+--+----
魚類油鮫
+-++-+----
鯉魚++++-+----
兩棲類蠑螈
++++-+----
青蛙+++++++---
爬行類龜、蛇
++++?++---
鳥類雞
++++++++--
哺乳類鼠、人
++++++++++無脊椎動(dòng)物僅為原始的細(xì)胞吞噬作用抗體從母體到幼體的傳遞存在兩種傳遞方式:
1、出生前在胎盤、卵黃囊或羊膜內(nèi)完成。
2、出生后從初乳獲得。動(dòng)物胎盤類型轉(zhuǎn)移途徑抗體轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移時(shí)間
出生前出生后
小鼠血性絨毛膜腸(主要)卵黃囊+++妊娠到17d
大鼠血性絨毛膜腸(主要)卵黃囊+++妊娠到20d
豚鼠血性絨毛膜卵黃囊(主要)腸++++妊娠到2d
兔血性絨毛膜卵黃囊+++-妊娠到15d
靈長類血性絨毛膜胎盤+++-妊娠到3個(gè)月
犬內(nèi)皮絨毛膜腸-++出生到8dIgE和IgA在母子傳遞中不進(jìn)入體液循環(huán),IgM只在出生后傳遞。大、小鼠、豚鼠、兔、猴幼仔血清母源抗體效價(jià)比母體高。大、小鼠、犬、貓、兔、猴從妊娠期開始向胎兒移行,更多以母乳轉(zhuǎn)移??寡自囼?yàn)關(guān)節(jié)炎
1、大鼠踝關(guān)節(jié)敏感,多發(fā)性關(guān)節(jié)炎與風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎接近,但不同品系、年齡、免疫狀態(tài)影響發(fā)病率。
2、豬霉形體關(guān)節(jié)炎也可用于人關(guān)節(jié)炎研究。過敏性哮喘
1、犬與人類似,由IgE介導(dǎo)。
2、豚鼠接受致敏物質(zhì)靈敏度最高。
3、大鼠也可產(chǎn)生由IgE介導(dǎo)的超敏反應(yīng)。
4、小鼠遲發(fā)型變態(tài)反應(yīng)不典型H-2與小鼠疾病
疾病易感品系單倍體型非易感品系單倍體型鼠痘DBA/1H-2dC57BL/6H-2bDBA/2BALB/cA
白血病C58H-2KC57BLH-2b/乳腺癌AKRC57LC3H129/J六、內(nèi)分泌系統(tǒng)研究
糖尿病
db/db肥胖型糖尿病小鼠(TheDiabeticmouse)
糖尿病基因(db)于1966年JacksonLaboratory發(fā)現(xiàn)于C57BL/Ks小鼠第4染色體隱性基因突變。C57BL/KsJ-db/db是目前研究人類糖尿病最好的動(dòng)物模型。
體重:純合子有過度肥胖癥傾向,3至8周齡時(shí),體重加速增重,可達(dá)約45g(正常約12-20g)。然后體重開始減輕至發(fā)病致死。
血糖濃度:4周齡為300mg/100ml。12周齡至500mg/100ml
。當(dāng)血糖含量超過250mg/100ml,臨床癥狀呈顯,如糖尿(glycosuria)、多尿(polyuria)、和劇渴(polydipsia)等。正常小鼠140-180mg/100ml。
胰島素含量:幼鼠血中各有差異,先升高,至8周齡左右,再漸漸下降到正常含量。12周齡之后,其含量只正常量25%,直到發(fā)病致死。
壽命較短,共約4至6個(gè)月,因而病理變化較少出現(xiàn)于腎臟、肺、心臟和眼睛。只胰臟內(nèi)蘭氐小島的?細(xì)胞呈現(xiàn)退化及顆粒遞減的現(xiàn)象。
非肥胖性糖尿病小鼠(nonobesediabetic,NOD)
ICR/Jc小鼠近交第6代時(shí),從白內(nèi)障易感亞系分離出非肥胖糖尿病品系(nod)和非肥胖正常品系(NOD)。近交第20代時(shí),首先發(fā)現(xiàn)NOD雌鼠有胰島素依賴性糖尿病。
1臨床癥狀:與人類Ⅰ型糖尿病類似。90-120日齡(相當(dāng)于人類青春期)聚起發(fā)病有下列癥狀:酮尿、糖尿、高血糖、高膽固醇過多、煩渴、多尿、貪食。糖尿病發(fā)病與免疫系統(tǒng)異常有關(guān)。
對(duì)自發(fā)性之自體免疫(第I型)糖尿(insulindependentdiabetesmellitus,IDDM)有易感性。用于研究糖尿病的治療。
2特征:糖尿病形成中產(chǎn)生胰島炎(insulitis)癥狀,即胰臟小島中產(chǎn)生白血球的浸潤物。約12周齡,母鼠有明顯的胰臟島素降低;而雄鼠則于后幾周也發(fā)生此現(xiàn)象。糖尿病開始時(shí)有明顯的中度糖尿病癥,最好在10周齡時(shí)即開始監(jiān)測(cè)糖尿病癥。
3易感受性與其影響因子:
NOD小鼠對(duì)IDDM之易感受性由多基因控制。主要的易感結(jié)構(gòu)是唯一MHC單型(H-2g7chr17)。飼養(yǎng)環(huán)境,健康及飼料均影響小鼠糖尿病的發(fā)展。30周齡時(shí)糖尿病累計(jì)發(fā)病率雌雄分別為60%-80%和10%-70%,睪丸切除可增加糖尿病發(fā)病率,而卵巢切除減少發(fā)病率。KK小鼠高血清胰島素型,I型糖尿病模型,8月齡雄鼠100%,12月齡雌鼠88%出現(xiàn)顯性病癥。飼料、飼養(yǎng)、打斗及其它緊張因素可減少發(fā)病率。BBWistar大鼠低血清胰島素型,I型糖尿病模型,發(fā)病率90%,發(fā)病日齡58-123日齡。癥狀:高血糖、糖尿癥、酮尿癥、酮癥、胰島素缺乏、高血糖素亢進(jìn)、體重下降GK大鼠(Goto-Kakizakidiabetespronerat)
1975年由日本TohokuUniversity培育。在遠(yuǎn)交系WISTAR大鼠中篩選高血糖個(gè)體而成。
應(yīng)用于非胰島素依賴型糖尿病(NIDDM)研究,II型糖尿病。在糖尿病癥發(fā)作后,快速出現(xiàn)高血糖、胰島素分泌減弱等,后期并發(fā)視網(wǎng)膜病、微血管病、神經(jīng)病、腎病。和其它嚙齒類II型糖尿病動(dòng)物模型相反,
GK大鼠是非肥胖的。
肥胖癥(Obeseob)
肥胖小鼠(Obesemice)1臨床癥狀:
純合子4周齡增重加速,是正常鼠體重3倍。體重可達(dá)60g,表現(xiàn)為單純肥胖而不伴有糖尿病。幼年時(shí)血糖和免疫活性胰島素?zé)o明顯增加,5~6月齡后,肥胖趨向穩(wěn)定,胰島素和葡萄糖水平上升。不受外來胰島素的影響,但節(jié)制食物可增加對(duì)胰島素的敏感性及延長其壽命。所有的雌鼠無生殖力,必須用雜合子交配保持基因。雌鼠卵巢和子宮萎縮,若節(jié)制飲食,雄鼠偶爾能繁殖。2
生理特征:
Langerhans島的增生與胰島素分泌增加有關(guān),腎小球發(fā)生腎結(jié)節(jié)狀脂肪玻璃樣病變。肥胖小鼠的皮下、后腹膜和性腺的脂肪增多,是脂肪細(xì)胞數(shù)目和體積增加的結(jié)果,被稱為肥大性-增生性肥胖癥。其肥胖癥與人類的肥胖癥很相似。成年肥胖和糖尿病(Adultobesityanddiabetes)小鼠該小鼠的肥胖癥體重相當(dāng)于正常鼠的兩倍,與ob/ob型一樣,通常不育,7~10周齡時(shí)表現(xiàn)出高血糖和糖尿病。NZO(NewZealandObese)小鼠該鼠通常具有生殖能力,所有的小鼠均發(fā)生肥胖,但脂肪沉積主要是在腹內(nèi),于2~4月齡時(shí)即可發(fā)現(xiàn)脂肪沉積,最終達(dá)到總體重的70%,高血糖不明顯,但胰島素的水平升高。在快速增重期間,食物的攝入量明顯增加。從小鼠的肥胖癥知道,肥胖癥有不同的遺傳性。這對(duì)研究人類肥胖癥的一系列問題頗有助益。侏儒癥(Dwarfdw)dw鼠或稱矮小畸形鼠
這種畸形又稱垂體性侏儒癥(PituiaryDwarfism),因?yàn)槠淙狈δX下垂體前葉的生長素和促甲狀腺激素,故使生長發(fā)育障礙。純合子dw/dw小鼠在12~13日齡時(shí)即可被識(shí)別,表現(xiàn)為短尾和短鼻。成熟日齡時(shí),其體積為正常鼠的1/4,8周齡時(shí)體重為8~10g,多數(shù)能存活到成熟期,可出現(xiàn)繼發(fā)的粘液性水腫。由于該鼠兩性均不育,只能用雜合子保持基因,得到25%的矮小畸形鼠。9日鼠齡時(shí),將正常垂體全移植到這種鼠的腎臟,雄鼠可長大到近于正常小鼠體形并可繁殖(但在雌鼠收不到效果,原因不明)。甲狀腺功能低下hyt甲狀腺功能低下癥小鼠第12對(duì)染色體的隱性突變基因?qū)е掠资?6日齡出現(xiàn)甲狀腺發(fā)育不全。Hyt/hyt小鼠與人類嬰兒甲狀腺功能低下相似性80%,可用于人類嬰兒甲狀腺功能紊亂研究的動(dòng)物模型。七、神經(jīng)系統(tǒng)研究癲癇
35日齡DBA/2N小鼠,聽源性癲癇發(fā)病率100%,是良好的模型材料。腦梗塞
沙鼠腦椎底動(dòng)脈環(huán)后交通枝缺損,結(jié)扎一側(cè)頸總動(dòng)脈出現(xiàn)腦梗塞。是研究中風(fēng)、術(shù)后腦貧血、腦血流量的實(shí)驗(yàn)材料。八、微循環(huán)研究外周微循環(huán)小鼠耳廓:表皮薄,血管呈平面分布,適于慢性全身性疾病對(duì)微循環(huán)影響的長期連續(xù)觀察。金黃地鼠頰囊:囊壁薄而色淡,微血管清晰。頰囊伸縮性大,牽拉刺激對(duì)微循環(huán)影響小。了解在感染、創(chuàng)傷、移植性腫瘤等病理狀態(tài)下微循環(huán)的變化。內(nèi)臟微循環(huán)常選用蛙、大、小鼠、豚鼠、兔、貓、犬的腸系膜、大網(wǎng)膜和腸壁?;蝾^顱、腹腔、胸膜開窗,觀察腦、肺、心微循環(huán)?;孛げ磕c系膜小而局限,無腸蠕動(dòng),脂肪少。九、藥物安全性評(píng)價(jià)急性毒性試驗(yàn)概念:是觀察1天內(nèi)單次或多次給藥后,在7天或14天中連續(xù)觀察動(dòng)物所產(chǎn)生的毒性反應(yīng)和死亡情況。方法:小動(dòng)物半數(shù)致死量(lethaldose50,LD50),常用封閉群動(dòng)物,如ICR、NIH、KM。大動(dòng)物近似致死量(approximatelethaldose,ALD),常用動(dòng)物如SD、Wistar。
注意:動(dòng)物質(zhì)量、體重差異、不良外環(huán)境均可產(chǎn)生不正確的數(shù)據(jù)。長期毒性試驗(yàn)概念:是對(duì)動(dòng)物反復(fù)多次給藥(14天以上連續(xù)給藥)后,觀察藥物對(duì)動(dòng)物的毒性反應(yīng)和死亡情況。方法:實(shí)驗(yàn)應(yīng)設(shè)高、中、低三個(gè)劑量組和對(duì)照組。高劑量應(yīng)產(chǎn)生明顯毒性反應(yīng)或個(gè)別動(dòng)物死亡。中劑量應(yīng)產(chǎn)生輕微或中等的毒性反應(yīng)。低劑量應(yīng)高于最佳有效劑量,不出現(xiàn)毒性反應(yīng)。長期毒性試驗(yàn)需兩種以上動(dòng)物,一種為大鼠如SD、Wistar,3個(gè)月內(nèi)試驗(yàn)用6-8W,3個(gè)月以上用5-6W的動(dòng)物。另一種為犬、小型豬、猴,Beagle犬以4-12月齡為宜。注意:
長毒試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間長,高、中劑量為中毒劑量,要獲得真正的藥物毒性結(jié)果,必須保證動(dòng)物的質(zhì)量和適宜環(huán)境。生殖毒性試驗(yàn)分類:第一類——生殖毒性試驗(yàn):在交配前給藥,判斷雌、雄動(dòng)物連續(xù)給藥后生殖細(xì)胞在接觸藥物后,對(duì)受孕能力、生殖系統(tǒng)和子代有無影響。第二類——致畸敏感期毒性試驗(yàn):在器官發(fā)生期前、后給藥,揭示藥物的胚胎毒性和致畸性。第三類——圍產(chǎn)期毒性試驗(yàn):在圍產(chǎn)期和哺乳期給藥,判斷雌性動(dòng)物在產(chǎn)前及產(chǎn)后給藥對(duì)子代的影響方法:至少使用兩種以上實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。嚙齒類有大、小鼠和地鼠,非嚙齒類有兔、犬、雪貂和靈長類。常用大鼠和兔。致突變?cè)囼?yàn)包括:微生物回復(fù)突變?cè)囼?yàn)、哺乳動(dòng)物培養(yǎng)細(xì)胞染色體畸變?cè)囼?yàn)和
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