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实验动物学整理
实验动物学(laboratoryanimalscience)它是融合生物学、动物学、兽医学和医学等科学的综合学科。
综合学科:
1.包括生物学、医学、药学、兽医学、畜牧学等2.遗传学、育种学、营养学、微生物学等3.机械工程学、环境卫生学、建筑学等。
实验动物学:
以实验动物为主要对象和重点,以服务于动物实验为主要工作目标和探索方向的学科。
实验动物学是专门研究实验动物的生物学特性、饲养繁殖、遗传育种、质量控制、疾病防治和开发应用的科学。
研究实验动物
1.育种、保种(培育新品种、保持原有品系的遗传特性)
2.生物学特性(包括解剖、生理、生化、生殖及生态等)
3.繁殖生产、饲养管理以及疾病的诊断、治疗和予防
研究动物实验:
是以实验动物为材料,采用各种方法在实验动物身上进行实验,研究动物实验过程中实验动物的反应、表现及其发生发展规律等问题。
实验动物的价值
1、基础医学、生物学研究方面:
对人的各种生理现象和病理机制及疾病的防治研究中,实验动物是人的替难者。
2、制药和化学工业方面:
毒性试验(急性、亚急性、慢性)、三致试验(致畸、致癌、致突变)、药效试验、药代试验等
3、生物制品方面:
生物制品生产的原料,如地鼠、豚鼠的肾制备乙脑和狂犬疫苗,猴肾制备小儿麻痹症疫苗,SPF鸡胚制备麻疹疫苗等。
生物制品安全性评价的工具,生物制品有效性评价的工具
4、轻工业与食品工业方面:
人类吃穿用的轻工业产品,包括食品、食品添加剂、保健品、饮料、化学制品(如化妆品)的有害、有毒成分,必须用实验动物去测试
5、农业与畜牧学方面:
化肥、农药的残毒检测。
有报道,合成的农药化合物中仅1/30000对人和动物没有危害。
强致癌性;用于果树、棉花、蔬菜的杀虫剂,致肝癌;国产有机氯农药,强致癌性。
动物疫苗的制备和鉴定;畜禽传染病研究(禽流感)
6、国防和军事科学方面:
各种武器的杀伤效果评价;化学、辐射、细菌、激光武器的效果和防护;航天科学研究等。
实验动物是经人工饲育、对其携带的微生物实行控制、遗传背景明确或者来源清楚的,用于科学研究、教学、生产、检定以及其他科学实验的动物。
实验动物的三大特点:
(1)遗传背景明确,来源清楚,即经人工培育的遗传限定的动物,包括近交系、封闭群、突变系、杂交群及遗传工程动物等。
(2)对其携带的微生物、寄生虫进行人工控制,即在人工控制其微生物、寄生虫等条件下繁育与生长。
(3)用于科学实验
实验用动物(ExperimentalAnimal,AnimalforResearch)是指一切用于科学实验的动物。
野生动物(WildAnimal):
指直接从野外捕获的动物。
未经人工培育,所携带的微生物和寄生虫受控于其生活的环境及食物,其个体与群体间遗传基因杂合。
对实验结果敏感性、重复性差
经济动物(EconomicalAnimal):
以满足人类社会生活需要而产生的动物。
这些动物在遗传性状、微生物学等方面有一定的控制,但与实验动物相比相差悬殊。
观赏动物(ExhibitingAnimal):
指供人类观赏和玩耍的宠物,如鱼类、鸟类、犬、猫等
实验动物(LaboratoryAnimal)
实验、野生、经济和观赏动物的区别
动物人工培育繁殖遗传背景物种来源微生物和寄生虫用途
实验动物严格人工明确明确人工控制科学实验
野生动物未经自然不明确不明确自然选择保护或发展经济
经济动物一定程度人工一般一般优择劣汰发展经济
观赏动物一定程度人工一般一般优择劣汰观赏宠物
将野生动物或家畜驯化(Domestication)、培育(breeding)成实验动物的过程,叫做实验动物化(LaboratoryAnimalization)。
疾病模型(Diseasemodels)的种类:
1、基因改变疾病模型(Gene-modifieddiseasemodels),或者遗传工程动物模型(geneticengineeringanimalmodels):
是指利用分子生物学技术手段,如转基因、基因打靶、基因敲除、基因置换、基因捕获等技术,将已知的一个或多个基因导入动物胚胎细胞或从动物胚胎细胞中剔除,培育成携带或缺失某种或几种基因的动物
2、诱发疾病模型(induceddiseasemodels),也称实实验性疾病模型(experimentaldiseasemodels):
是指利用物理、化学、辐射、生物感染等技术制作的动物模型。
根据实验目的的不同,人为地造成动物组织、器官或全身损伤,出现某些类似人类疾病的症状
3、自发性疾病模型(spontaneousdiseasemodels)也称突变疾病模型(mutantdiseasemodels):
是指在自然条件下,动物由于基因突变发生异常表现,这种突变症状类似人类的疾病,通过定向选育使之遗传下去而形成的模型
几种模式生物介绍
1、果蝇:
主要用于基因调控动物胚胎发育的研究。
此外,还用于老年病及抗衰老药物的研究。
12天一个生活周期,繁殖率高,高度纯化,是筛选抗衰老药物快速定性的实验材料。
果蝇器官芽细胞与哺乳类动物细胞具有高度的生物学相似性,是研究人类肿瘤的良好的模型。
染色体少,只有4对,唾液染色体制作方便,横纹清晰。
突变性状多,具有明确的表形(如红眼、残翅、黑腹等)。
2.非洲爪蟾(Xenopuslaveis):
非洲爪蟾的胚胎具有许多优点:
其胚胎可以在体外发育,可在实验室里培养;受精卵很大,可在胚胎上做移殖手术并观察移殖对胚胎发育的影响。
以激素注射雌蛙,可让其在一年四季的任何时间产卵。
3.线虫:
用于细胞凋亡
4.斑马鱼:
具有体外产卵、体外受精、体外发育,胚胎发育同步且快速,胚体透明、繁育率高等特点,是胚胎发育遗传控制研究中最为盛行的动物模型,被誉为“脊椎动物中的果蝇”。
由于发育前期细胞分裂速度快、胚体透明,特定的细胞类型易于识别等有利因素,已成为脊椎动物中最适于进行细胞周期、细胞运动的跟踪等细胞系谱分析的模型。
斑马鱼产出单倍体后代的几率很高,因此,许多隐性基因决定的胚胎表现型可以暴露出来,而且其繁殖周期短,三个月左右就可以繁殖一代,是快速鉴定许多重要突变的模型。
通过转基因技术制成的转基因斑马鱼,可用于发育、生长、繁殖等方面机制的研究。
实验动物分类(遗传学):
近交系(inbredstrain)动物经连续20代或20代以上的全同胞兄妹或亲子交配而成,品系内所有个体都能追溯到起源于第20代或以后代数的一对共同祖先的动物群体。
小鼠和大鼠是典型的成功例子
杂交群(hybrids)两个不同近交系杂交所生的动物
封闭群(outbred)在不从外部引入新个体的条件下,以非近亲交配方式进行繁殖、生产的实验动物种群,且至少连续繁殖四代以上。
封闭群动物在其繁衍过程中,世代间各基因的频率应保持不变。
遗传控制:
转基因动物技术;基因剔除动物技术;基因替换动物技术;基因捕获技术等;克隆技术;核移植技术;胚胎分割技术;雌核发育二倍体(孤雌发育)技术。
东方田鼠的实验动物化研究:
血吸虫病的防治与机制研究,东方田鼠对血吸虫具有抗敏感性;传染病研究,流行性出血热、钩端螺旋体,乙型脑炎、土拉伦病;汉坦病毒研究
树鼩的实验动物化研究:
进化及神经系统研究;对多种病毒敏感;寄生虫学研究;动脉粥样化及胆结石研究;肿瘤学研究,对化学致癌物敏感;
黑线姬鼠的实验动物化研究:
出血热研究是出血热的疫源动物,是出血热研究的模型;病原体研究对一些疾病的病原体如鼠疫杆菌等有较强的抵抗力;疫情动物带有大量的寄生虫,鼠一个重要的疫情动物。
小型猪的实验动物化研究:
皮肤烧伤研究猪皮的表皮厚薄、体表毛发的疏密、表皮具有脂肪层、表皮形态学、烧伤皮肤的体液和代谢变化机制等均与人相似
肿瘤学研究与人的黑色素瘤的病变特性及从良性到恶性的转移方式完全一样。
免疫学研究利用无菌猪和SPF猪来进行免疫学研究。
心血管及糖尿病研究其冠状动脉循环在解剖学、血液动力学等方面与人相似。
另外,注射水合阿脲可产生典型的急性糖尿病。
遗传性和营养性疾病的研究先天性红细胞病,肌肉痉挛、小眼病、淋巴水肿及食物源性肝坏死病等。
其他疾病的研究老年学、牙科病、消化性疾病等。
长爪沙鼠的实验动物化研究(MeiionesUnguiculatausMilme-Edwauds)
寄生虫病研究对丝虫、原虫、绦虫、吸虫等非常敏感,特别是研究丝虫病的良好的模型。
微生物学研究对多种病毒、细菌敏感。
特别是研究出血热病毒的动物模型。
甲肝疫苗
内分泌学研究肾上腺皮质类固醇分泌亢进,同时伴有高血糖和动脉硬化等症状。
代谢病研究胆固醇代谢特别,对研究高血脂、胆固醇吸收、食源性胆固醇代谢
鼠兔的实验动物化研究
一般研究用于生理、药理、毒理及疾病模型方面的研究
流行性病及畸形研究用于鼠疫流行病学的研究及催畸形性研究
人畜共患病研究是弓形虫的宿主
绿脓杆菌敏感研究是绿脓杆菌实验研究的动物模型
药理及免疫研究对吗啡有明显的拮抗作用。
血清中有抗体,能作为自身免疫病的动物模型。
保种新技术研究:
常规活体保种技术研究;胚胎冷冻保存研究;精子冷冻保存研究;卵子冷冻保存研究;卵巢冷冻保存研究
胚胎冷冻的主要方法:
缓慢冷冻法:
胚胎放在含有抗冻剂(1M的DMSO溶液)的溶液中进行预处理;用程序降温仪将上述已预处理的胚胎以较慢的速度(<1℃/min)降温。
这时细胞外溶液中的水分结冰,使溶液浓度增高,胞内的水份透过细胞膜向外渗出,细胞体积收缩,胞内浓度提高;降到一定温度(-80℃)时,再快速降温至液氮温度(-196℃)
玻璃化冷冻法:
将胚胎或细胞在室温下放入25%的VS液(玻璃化溶液)中预处理15分钟;将预处理后的胚胎放在高浓度(65%~90%)的VS液中保持20~40分钟;将经过两步抗冻剂处理的胚胎或细胞直接放入液氮中冷却。
超速冷冻法:
胚胎(受精卵-早期囊胚)加入1M的DMSO溶液(第一抗冷冻剂),在-3℃恒温台中平衡5分钟;然后加入DAP213溶液(度二抗冷冻剂),再平衡5分钟;然后直接投入液氮进行冷冻保存。
辅助体外受精技术:
PZD技术:
透明带切开(运动能力较差的精子)
ZUSI技术:
精子透明度下注射(运动能力较差的精子)
ICSI技术:
精子头胞质内注射(无运动能力的精子)
实验动物环境生态学:
研究实验动物与所处的环境之间的相互关系。
包括:
研究外界气候因素(温度、湿度、气流、风速、换气等)对实验动物的影响;研究理化因素(包括粉尘、臭气、噪音、照明等)对实验动物的影响;研究生物因素对实验动物的影响,包括:
同种动物因素,如社会地位、争斗、收容密度、性别、年龄等;异种生物因素,如微生物、人及其他动物。
研究营养因素(饲料、水等)对实验动物的影响;研究居住因素(如设施、设备、笼具、垫料等)对实验动物的影响;
实验动物的微生物学与寄生虫学研究,包括:
研究实验动物微生物、寄生虫的控制方法;研究实验动物微生物、寄生虫的质量检测技术;研究各种微生物、寄生虫对实验动物的影响;研究各种微生物、寄生虫的消毒、灭菌方法;
实验动物医学研究,包括研究实验动物各种疾病(传染性疾病、营养代谢性疾病、遗传性疾病等)的:
发病机理,发病症状,病理特征,诊断方法,疾病治疗,预防措施等。
环境影响动物影响实验结果;微生物影响动物质量-动物质量影响实验结果;动物疾病严重影响实验结果。
实验动物技术研究,包括动物实验技术、各种检测或测试方法、动物实验中的动物饲养管理等。
具体包括:
实验动物的选择;动物实验技术;人类疾病动物模型;免疫缺陷动物;实验动物胚胎工程;转基因动物。
实验动物的福利原则:
合理地选择实验动物品种、数量与质量;科学地避免或减少实验动物的不安、不适及疼痛;请有资质的技术人员从事或指导实验动物的饲养管理工作;在有资
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