現(xiàn)代醫(yī)學實驗動物科學與比較醫(yī)學研究課件

現(xiàn)代醫(yī)學實驗動物科學與比較醫(yī)學研究

“比較醫(yī)學是推動人類健康研究的焦點學科，比較醫(yī)學家將永遠站在生物醫(yī)學發(fā)展的起跑線上”。

——諾貝爾獎獲得者、美國Jackson

實驗室的Snell博士前言1.實驗動物科學與生命醫(yī)學的發(fā)展是相輔相成的。2.無菌動物、近交系動物和免疫缺陷動物培育成功是適應(yīng)生命醫(yī)學研究的需要而取得的成果，也是現(xiàn)代實驗動物科學得以確立的基礎(chǔ)。

6.如何利用日新月異的生物高技術(shù)為人類健康和發(fā)展服務(wù)？如何更科學地把實驗動物科學與臨床醫(yī)學緊密的結(jié)合起來？比較醫(yī)學應(yīng)運而生，理所當然登上生命科學的舞臺。一、關(guān)于比較醫(yī)學1.什么是比較醫(yī)學？

——是對人類和動物各種生命現(xiàn)象特別是疾病表現(xiàn)進行類比研究的一門新興學科。包括基礎(chǔ)比較醫(yī)學、臨床比較醫(yī)學和系統(tǒng)性比較醫(yī)學等。1）早期比較醫(yī)學：主要在組織、器官和整體水平比較不同種系動物與人類之間的生理、病理異同。2）近代比較醫(yī)學：主要是應(yīng)用人工培育的各種實驗動物（包括近交系、免疫缺陷以及無菌及悉生動物等）建立各種模擬人類疾病的動物模型來進行研究。

現(xiàn)代實驗動物科學技術(shù)改變了比較醫(yī)學動物模型建立模式

在比較醫(yī)學研究中，通過傳統(tǒng)的近交、回交等育種方法，可建立高血壓、糖尿病等自發(fā)性動物模型及裸鼠、嚴重聯(lián)合免疫缺陷小鼠等品系。但是，采用上述技術(shù)手段獲得純系需要花費很長時間，并且這些動物模型建立是一個被動獲得過程，而且有很大的偶然性，受到種間壁壘的限制。轉(zhuǎn)基因技術(shù)和基因敲除技術(shù)可實現(xiàn)對動物基因組的改造和操縱，能夠主動設(shè)計制備多種疾病的動物模型即基因工程動物，利用這些模型研究疾病的發(fā)生發(fā)展機理和各種防治方案?，F(xiàn)代實驗動物科學技術(shù)打破了種間壁壘，不同物種間可以進行遺傳物質(zhì)交換，實現(xiàn)了基因水平、細胞組織水平和整體水平研究的統(tǒng)一，為比較醫(yī)學研究提供了廣闊的空間和無限的可能性。

2.通過動物實驗進行比較醫(yī)學研究促進醫(yī)學發(fā)展的典型事例年代發(fā)現(xiàn)人發(fā)現(xiàn)所用動物BC384～322亞里斯多德（Aristotle）比較動物解剖和胚胎魚、牛、羊1628哈維（WilliamHarvey）血液循環(huán)犬、蛙、蛇、魚、蟹1665拉沃（Lower）犬輸血研究犬1792捷納爾（Jennr）牛痘保護人不生天花牛1878科赫（RobertKoch）細菌與疾病的關(guān)系（炭疽病、結(jié)核）牛、羊、其它1880巴斯德（LouisPasteur）細菌致弱毒免疫鳥類1885巴斯德（LouisPasteur）狂犬病疫苗鳥類、家兔1890萊夫勒（Loffler）白喉桿菌病、抗毒素治療豚鼠1904巴甫洛夫（Pavlov,IP.俄）心臟生理、消化生理高級神經(jīng)活動犬1921班廷（Banting,F.G.加）胰島素與糖尿病犬1936洛伊（Loewi,O.奧地利）副交感神經(jīng)的神經(jīng)介質(zhì)為乙酰膽堿蛙1968佩蒂路易斯（Pantelouris）先天性無胸腺裸鼠小鼠1980斯納爾（Snell,G.D.美）動物組織相容性抗原小鼠1984科勒、米勒（Kohler,G.,Milstein,C.）單克隆抗體技術(shù)小鼠1997威爾穆特（Wilmut）用羊體細胞克隆成功“多莉”羊綿羊二、國外的比較醫(yī)學發(fā)展概況

國外發(fā)達國家的醫(yī)學院校大多設(shè)有規(guī)模相當大、水平相當高、設(shè)施和環(huán)境條件非?，F(xiàn)代化的比較醫(yī)學研究所或比較醫(yī)學院（系）。如美國斯坦福大學醫(yī)學院、霍普金斯大學醫(yī)學院、哈佛大學醫(yī)學院、哥倫比亞大學生理外科學院、加利福尼亞大學、普林斯頓大學、田納西大學、劍橋大學、耶魯大學、馬里蘭大學、賓州大學等都設(shè)有比較醫(yī)學系或比較醫(yī)學研究所。耶魯大學醫(yī)學院比較醫(yī)學系部門設(shè)置

1973年成為獨立部門，包括動物資源中心、動物醫(yī)學部、病理學部、生物技術(shù)部。國外比較醫(yī)學發(fā)展的主要特點

1.常規(guī)實驗動物的供應(yīng)和生產(chǎn)已主要由專業(yè)性的社會化公司來承擔，醫(yī)科大學和研究機構(gòu)主要培育、研究各種轉(zhuǎn)基因動物、基因敲除動物和克隆動物。2.緊緊圍繞醫(yī)學生命科學發(fā)展需要，在人類疾病的動物模型復(fù)制方面加大研究力度，利用各種先進的生命科學方法和生物技術(shù)手段開發(fā)理想的人類疾病動物模型。三、國內(nèi)的比較醫(yī)學發(fā)展概況1.我國比較醫(yī)學起步較晚，基礎(chǔ)薄。2.上世紀80年代初，徐兆光、劉瑞三教授就編著出版了《比較醫(yī)學進展》3.由于實驗動物學科基礎(chǔ)薄弱，限制了比較醫(yī)學的發(fā)展。4.“只用十多年的時間就趕上了西方發(fā)達國家半個多世紀的進程”。——國際實驗動物科學學會主席5.我國的實驗動物培育和人類疾病動物模型研究取得了顯著的進步：成功培育無菌兔和豚鼠、SPF級雞和豬；野生動物實驗動物化（東方田鼠、長爪沙鼠、高原鼠兔和樹鼩）；高血壓大鼠、糖尿病地鼠、白內(nèi)障小鼠、高血脂小鼠等疾病動物模型相繼培育成功。6.轉(zhuǎn)基因、基因敲除和克隆等先進生物技術(shù)已被國內(nèi)同行普遍掌握和廣泛應(yīng)用

7.比較醫(yī)學在國內(nèi)已得到相當?shù)闹匾暎?/p>

具體標志：中國實驗動物學會下設(shè)有比較醫(yī)學專業(yè)委員會；《中國實驗動物學雜志》改為《中國比較醫(yī)學雜志》；揚州大學設(shè)立了比較醫(yī)學系；重慶市成立了比較醫(yī)學研究所；2004年第一部《比較醫(yī)學》238萬字專著問世；2002年原第一軍醫(yī)大學（南方醫(yī)科大學）開始招收比較醫(yī)學方向的博士研究生，現(xiàn)已招收3名；首都醫(yī)科大學正積極申請招收比較醫(yī)學專業(yè)本科生。8.當前國內(nèi)比較醫(yī)學發(fā)展的當務(wù)之急是進行資源整合，優(yōu)化配置，進行專業(yè)化規(guī)范化建設(shè)，與國際社會接軌，密切結(jié)合生命科學的重大問題，做好基礎(chǔ)創(chuàng)新工作，把比較醫(yī)學辦成醫(yī)學生命科學不可或缺的重要組成部分。四、我國比較醫(yī)學發(fā)展初步設(shè)想有望取得突破的幾個研究方向：1、轉(zhuǎn)基因?qū)嶒瀯游锏拈_發(fā)與研究2、人類疾病動物模型的建立3、畜禽、野生動物、水生動物的實驗動物化研究4、利用模式生物進行比較基因組學的研究1、轉(zhuǎn)基因?qū)嶒瀯游锏拈_發(fā)與研究（1）轉(zhuǎn)基因動物的出現(xiàn)和發(fā)展對生命科學和醫(yī)學的影響深遠，可稱之為生命科學的一場革命。（2）轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用于實驗動物品種改良，可大大提高育種效率。（3）轉(zhuǎn)基因技術(shù)用于建立生物反應(yīng)器。我國乳腺生物反應(yīng)器研究情況

目的基因名稱產(chǎn)品的主要功能承擔單位人血清白蛋白血液溶脹劑中國農(nóng)業(yè)大學人干擾素抗病毒因子中國農(nóng)業(yè)大學雞法氏囊病毒VP雞疫苗中國農(nóng)業(yè)大學第九因子血友病治療上海兒童醫(yī)院EPO細胞因子上海兒童醫(yī)院人胰島素原糖尿病治療新疆牧科院TPA治療血栓軍事醫(yī)學科學院人生長激素生長激素不足揚州大學2、人類疾病動物模型的建立開發(fā)和建立我國若干重要人類疾病的實驗動物模型；如肝炎動物模型、艾滋病動物模型和各種癌癥動物模型等。通過人類疾病實驗動物模型進行發(fā)病機理、藥物療效、藥理作用機制、毒性安全的比較醫(yī)學研究；4、利用模式生物進行比較基因組學的研究

隨著人類基因組計劃（HumanGenomeProject,HGP）中人的基因組序列圖和一些動物的基因序列圖的完成，將進入后基因組時代（即功能基因組學時代）。由于人類基因組中含有大量的重復(fù)序列，研究起來十分困難，所以科學家傾向于對一些簡單的模式生物進行比較功能基因研究，可為人類基因功能的鑒定研究提供有益的借鑒。果蠅特點及優(yōu)勢繁殖快子代多生活周期短個體大，可肉眼觀察雌雄異體生物，雌雄容易識別幼蟲唾液腺中染色體很大染色體數(shù)目少，推測大約80%的人類基因與果蠅同源已經(jīng)積累了豐富的遺傳學資料，有超13,000多個突變品系，大多都有典型的表型變化，易于表型鑒定基因應(yīng)用成體干細胞是一類具有自我復(fù)制和多向分化潛能的細胞，它具有的修復(fù)、替代、再生能力為臨床醫(yī)學提供了研究新療法的可能性與哺乳動物相比，果蠅成體干細胞及其所在微環(huán)境的結(jié)構(gòu)相對簡單而清晰，但它們的調(diào)節(jié)機制是極其相似的通過研究果蠅干細胞行為的調(diào)控，將為研究哺乳動物和人的干細胞調(diào)控及臨床干細胞治療策略等提供理論依據(jù)果蠅腸道內(nèi)的干細胞具有多能性，能分化成多種類型的細胞，這與人類等高等動物的情況一致應(yīng)用果蠅在信號傳導(dǎo)通路、神經(jīng)編碼方式、傳遞機制以及神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生和癥狀上，與哺乳動物有很高的相似性哺乳動物與昆蟲在調(diào)節(jié)睡眠的神經(jīng)機制上有許多相似之處，因此果蠅是研究睡眠的理想模式生物行為遺傳學是研究支配生物攝食、求偶、學習、記憶等行為的基因及其表達調(diào)控的學科。對果蠅某個行為相關(guān)基因的研究將為理解基因－神經(jīng)－行為之間的關(guān)系提供線索斑馬魚

斑馬魚因具有繁育力高、體外產(chǎn)卵、體外受精、體外發(fā)育且胚體透明和個體小等特性面成為發(fā)育生物學家珍愛的對象特點及優(yōu)勢斑馬魚已分離出數(shù)千尾突變體成魚個體小，胚胎發(fā)育期短，易于飼養(yǎng)繁殖取材方便，胎間距短，受精卵體積小發(fā)育早期階段通體透明利于實時觀察來自于同一母體的胚胎發(fā)育基本同步單細胞受精卵可注射DNA、RNA容易從水中吸收藥物，實驗藥物直接加入水中應(yīng)用細胞譜系分析－由于斑馬魚具有在發(fā)育前期細胞分裂速度快、胚體透明和特定細胞類型易于識別等優(yōu)點，成為脊椎動物中最適于進行細胞譜系分析的模式物種突變鑒別－某些隱性突變僅需一代或兩三代就可得到鑒定，可以快速鑒別隱性突變飽合誘變分析－斑馬魚體外受精和胚胎體外發(fā)育的特性解決了胚胎在子宮中發(fā)育，發(fā)育異常的胚胎無法直接呈現(xiàn)的問題應(yīng)用再生醫(yī)學研究－哺乳動物大腦和脊髓中受損的軸突無法再生，由于魚類缺少一種可阻止神經(jīng)再生的蛋白質(zhì)Nogo-A，所以中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損軸突能夠再生人類疾病模型－由于許多基因如致癌基因、抑癌基因等在人和斑馬魚幾乎同源，編碼蛋白的功能完全相同，因而可以用于制作人類疾病動物模型如1型膠原蛋白基因突變引起的骨代謝紊亂－成骨不全癥。心血管疾病突變引起的原發(fā)性心肌癥、TBX5突變引起的先天性心臟缺陷藥物發(fā)現(xiàn)－為研究人類疾病的致病機制提供了良好模型體系，同時也為在整體動物水平進行大規(guī)模、高通量、低成本藥物篩選和毒性評價提供了好平臺五、動物福利和3R原則動物福利的概念實驗動物福利是指實驗動物在肉體與心理上處于健康、康樂以及舒適的狀態(tài)，包括實驗動物養(yǎng)殖及動物實驗過程中的福利。動物福利的宗旨要求科學家在使用動物進行科研、教學、測試前，應(yīng)先充分考慮到各種替代手段，以盡可能減少動物所受到的疼痛和痛苦。動物福利的主要內(nèi)容動物包括犬、貓、非人類靈長類、豚鼠、倉鼠、家兔、水生哺乳動物或其他溫血動物。動物經(jīng)銷商和使用者均須持有許可證，動物實驗必須由合格的生物學家、行為學家、醫(yī)學家親自或在其臨場監(jiān)督下進行。動物飼養(yǎng)設(shè)施、飼養(yǎng)設(shè)備（籠具）、衛(wèi)生、飼喂、管理和護理應(yīng)由符合資格的人員負責。必須確保動物在麻醉、鎮(zhèn)痛和鎮(zhèn)靜劑的作用下進行實驗需要處死的動物須用人道的方法實施動物享有五大自由：不受饑餓的自由；生活舒適的自由；不受痛苦傷害和疾病威脅的自由；生活無恐懼和悲傷感的自由；表達天性的自由有關(guān)監(jiān)督機構(gòu)定期進行檢查，對違反動物福利條例的單位和個人將給予處罰動物實驗應(yīng)遵循“3R”原則“3R”原則的產(chǎn)生過程

1955年英國動物學家拉塞爾和微生物學家伯齊在其發(fā)表的《人道主義實驗技術(shù)原理》一書中首次提出動物實驗的“3R”理論“3R”原則的內(nèi)涵(1)替代方法○相對替代○絕對替代○直接替代○間接替代○部分替代○全部替代替代方法（Replacement）的舉例

○體外培養(yǎng)技術(shù)○用無脊椎動物替代○用微生物來替代實驗動物○用化學分析技術(shù)代替動物實驗○電腦模擬(2)減少（Reduction）原則○合用動物○改進統(tǒng)計學設(shè)計○使用高質(zhì)量動物(3)優(yōu)化（Refinement）方法○改善鎮(zhèn)痛手段○改進控制動物技術(shù)○改進樣品分析一個動物設(shè)計方案要經(jīng)過實驗動物管理委員會或倫理審查委員會的審批才能得以實施，主要內(nèi)容包括

○充分闡明實驗的必要性○充分闡明實驗的合理性○明確實驗過程可能給動物造成的疼痛、痛苦有多大○如果是用非人靈長類動物做實驗，對實驗完成後退役的動物必須“頤養(yǎng)天年”“3R”理論的意義○“3R”理論體現(xiàn)了時代的發(fā)展和社會進步○“3R”理論為科學發(fā)展提供了新思路和新方法○踐行“3R”理論的道路漫長○反對用動物做化妝品實驗表明了歐盟對這個問題上的堅決態(tài)度○說明在化妝品的安全測試方面，替代方法（非動物實驗）的應(yīng)用，還需走一段較長的道路○歐盟在化妝品毒性和過敏實驗中找到了非實驗動物的替代方法，用于國際化妝品貿(mào)易的技術(shù)壁壘。六、我校實驗動物與比較醫(yī)學發(fā)展概況1、展開對具有獨特性狀的新品種實驗動物的培育、開發(fā)和研究：西藏小型豬我中心與廣州市醫(yī)藥工業(yè)研究所合作，從西藏自治區(qū)引進培育西藏小型豬，對西藏小型豬進行系統(tǒng)的種質(zhì)資源開發(fā)和研究，實現(xiàn)了西藏小型豬在亞熱帶氣候區(qū)的風土馴化，最終將培育成標準化的封閉群實驗用小型豬。2005年該項目已被廣東省和廣州市分別立項資助。西藏小型豬FMMU白化豚鼠我校實驗動物中心自行培育的FMMU白化豚鼠獲得2004年度軍隊科技進步三等獎。SPF新西蘭兔在廣東省實驗動物監(jiān)測所的支持下，培育成功的SPF新西蘭兔。2005年廣東省科技廳把我校實驗動物中心列為SPFFMMU白化豚鼠和SPF新西蘭兔種子供應(yīng)基地。2、轉(zhuǎn)基因?qū)嶒瀯游锏募夹g(shù)平臺建立。轉(zhuǎn)基因?qū)嶒炇曳肿由飳W實驗室3、人類疾病動物模型的開發(fā)和建立如肝炎動物模型、強直性脊柱炎動物模型、糖尿病動物模型等若干重要人類疾病的實驗動物模型以及中醫(yī)癥候動物模型。病理組織學實驗室細胞培養(yǎng)室4、1996年教研室被批準成為華南地區(qū)首個實驗動物學碩士學位授權(quán)點。顧為望教授2002年又被批準為博士生導(dǎo)師，面向全國招收比較醫(yī)學方向博士?，F(xiàn)有在讀博士研究生6名、在讀碩士研究生12名，他們與教研室的兩名副教授、一名副研究員和一名博士，一起從事比較醫(yī)學研究。小結(jié)1.比較醫(yī)學作為一門在實驗動物學基礎(chǔ)上建立的學科，豐富實驗動物科學本身的內(nèi)容、方法和手段是其任務(wù)之一2.實驗動物學的發(fā)展成熟只是為比較醫(yī)學的發(fā)展完善創(chuàng)造了物質(zhì)上的條件，而要真正解決生命科學的基本問題和醫(yī)學臨床的實際需要則必須加強比較醫(yī)學研究。3.實驗動物學側(cè)重于動物的遺傳育種、飼養(yǎng)管理、疾病防治，以支撐保障服務(wù)為主；比較醫(yī)學是醫(yī)學實驗動物學發(fā)展的必然趨勢