动物是人类的朋友

1

2

动物也是试验的对象

2

3

很多人反对动物实验

4

对弱者的同情是否应有底线

5

ldquo小强rdquo也有父母兄弟

666

实验动物学

Dr Xiaodong Zheng Email zhxddustceducnInstitute of Immunology

生命科学导论--生物技术与生命科学Introduction of Life Science-Biotechnology in

Life Science

7

动物实验是必需的吗

7

8

让我们为那些利用动物进行研究的罪人祈祷

上帝啊请帮助他们找到治疗我爸老年痴呆症

的方法

找到治疗我妈帕金森症的方法

治疗我的癌症

假如一项可能挽救你亲人生命的研究计划因动物实验被禁止而不能继续下去你将有和感想

动物实验是必需的

9AEIR

实验动物是生命科学研究的支撑条件

Research研究

Equipment 设备

Information 信息

Animal 动物

Reagent 试剂

1010

药物从发现到批准投产上市从药学药理学毒理学和临

床医学等各方面的研究过程都需要动物进行实验

进行安全性有效性评价

主要药效学试验（小鼠狗）

急性毒性试验（小鼠狗）

长期毒性试验（小鼠狗）

安全药理学试验（小鼠狗）

生殖毒性试验（小鼠狗）

致突变试验（小鼠狗）

致癌试验（小鼠）

刺激性过敏性和溶血性试验（豚鼠家兔）

依赖性试验（小鼠狗）

实验动物是新药研发的支撑条件

11

《治疗用生物制品非临床安全性技术审评一般原则》

生物制品的生物活性与动物种属和或组织特异性相关其安全性评价常常不能按标准毒性试验采用常规动物(如大鼠和犬) 而应使用相关动物种属

相关动物种属是指受试物在此类动物上受体或抗原表位有表达能够产生药理活性其对生物制品的生物学反应能模拟人体反应

生物制品的动物实验要求

1212

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

1313

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

13

14

实验动物(Laboratory animals)是指经人工培育或人工改造遗传背景明确来源

清楚同时对其携带的微生物实行控制用于科学

实验药品生物制品的生产和检定及其他科学实

验的动物

实验动物

1515

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

15

16

按遗传学控制分类

根据基因的纯合程度把实验动物分成下列四类

1近交系动物 (Inbred strain animals)2突变系动物 (Mutant strain animals)3杂交群动物 (Hybrid colony animals)(杂交F1代动物)4封闭群动物(Closed colony animals)

实验动物的分类

17

近交系动物(Inbred strain animals) 又叫纯系动物是采用同

胞兄妹或亲子交配连续繁殖20代以上所培育出来的遗传上达

到高度一致的动物群

基因纯合程度可达998

主要指啮齿动物可出现近亲交配衰退

较大动物纯种培育很难获得成功因为世代间隔较长费用

较大所以成功率低

禽类和兔的血缘关系达到80以上(相当于兄妹交配四代)时

即可称为近交系

近交系动物

突变系动物(Mutant strain animals) 具有特殊突变

基因的品系动物正常染色体基因发生突变并具有

各种遗传缺陷的动物

在长期繁殖过程中动物的子代突然发生变异变异

的基因位点又可遗传下去或者即使没有明确的基因

位点经淘汰和选育后仍能维持其稳定的遗传性状

如无胸腺裸鼠（无TB细胞和巨噬细胞）

突变系动物

1919

杂交群动物(Hybrid colony animals)(杂交一代

F1代动物)两个近交品系动物之间进行有计划交配

所获得的第一代动物

例如C57BL6JtimesDBA2rarrB6D2F1 (B6为 C57BL6J的缩写D2 为 DBA2的缩写)

CBAtimesDBA2 小鼠具有反复自然流产的特点

杂交群动物

20

封闭群动物(Closed colony animals) 以非近亲交配方式进行繁

殖生产的一个种群在不从外部引入新的血缘条件至少连续繁

殖四代以上称封闭群

优点群内非同窝近亲随机交配遗传背景复杂封闭群动物具

有杂合特性并避免了近交从而避免了近交衰退的出现所以

其生活生育力都比近交系强具有繁殖率高疾病抵抗力强

故封闭群可以大量生产供应量充足

缺点封闭群要求不以近交形式也不与群外动物杂交封闭群

在整体上由于没有引进新的血缘其遗传特性及其他反应性能保

持相对稳定但就群内个体间而言因其有杂合性所以个体间

的反应性具有差异某些个体反应性强某些个体反应性弱因

此个体间的重复性和一致性不如近交系动物好

封闭群动物

21

按微生物控制分级

1无菌动物 (Germfree animal GF)2无特定病原体动物(Specific pathogen free animal

SPF)3清洁动物(Clean animal CL)4普通动物(Conventional animal CV)

实验动物的分级

22

微生物控制的检测项目

GB 149222-2011 《实验动物 微生物学等级及监测》

23

微生物控制的检测项目

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

2

动物也是试验的对象

2

3

很多人反对动物实验

4

对弱者的同情是否应有底线

5

ldquo小强rdquo也有父母兄弟

666

实验动物学

Dr Xiaodong Zheng Email zhxddustceducnInstitute of Immunology

生命科学导论--生物技术与生命科学Introduction of Life Science-Biotechnology in

Life Science

7

动物实验是必需的吗

7

8

让我们为那些利用动物进行研究的罪人祈祷

上帝啊请帮助他们找到治疗我爸老年痴呆症

的方法

找到治疗我妈帕金森症的方法

治疗我的癌症

假如一项可能挽救你亲人生命的研究计划因动物实验被禁止而不能继续下去你将有和感想

动物实验是必需的

9AEIR

实验动物是生命科学研究的支撑条件

Research研究

Equipment 设备

Information 信息

Animal 动物

Reagent 试剂

1010

药物从发现到批准投产上市从药学药理学毒理学和临

床医学等各方面的研究过程都需要动物进行实验

进行安全性有效性评价

主要药效学试验（小鼠狗）

急性毒性试验（小鼠狗）

长期毒性试验（小鼠狗）

安全药理学试验（小鼠狗）

生殖毒性试验（小鼠狗）

致突变试验（小鼠狗）

致癌试验（小鼠）

刺激性过敏性和溶血性试验（豚鼠家兔）

依赖性试验（小鼠狗）

实验动物是新药研发的支撑条件

11

《治疗用生物制品非临床安全性技术审评一般原则》

生物制品的生物活性与动物种属和或组织特异性相关其安全性评价常常不能按标准毒性试验采用常规动物(如大鼠和犬) 而应使用相关动物种属

相关动物种属是指受试物在此类动物上受体或抗原表位有表达能够产生药理活性其对生物制品的生物学反应能模拟人体反应

生物制品的动物实验要求

1212

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

1313

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

13

14

实验动物(Laboratory animals)是指经人工培育或人工改造遗传背景明确来源

清楚同时对其携带的微生物实行控制用于科学

实验药品生物制品的生产和检定及其他科学实

验的动物

实验动物

1515

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

15

16

按遗传学控制分类

根据基因的纯合程度把实验动物分成下列四类

1近交系动物 (Inbred strain animals)2突变系动物 (Mutant strain animals)3杂交群动物 (Hybrid colony animals)(杂交F1代动物)4封闭群动物(Closed colony animals)

实验动物的分类

17

近交系动物(Inbred strain animals) 又叫纯系动物是采用同

胞兄妹或亲子交配连续繁殖20代以上所培育出来的遗传上达

到高度一致的动物群

基因纯合程度可达998

主要指啮齿动物可出现近亲交配衰退

较大动物纯种培育很难获得成功因为世代间隔较长费用

较大所以成功率低

禽类和兔的血缘关系达到80以上(相当于兄妹交配四代)时

即可称为近交系

近交系动物

突变系动物(Mutant strain animals) 具有特殊突变

基因的品系动物正常染色体基因发生突变并具有

各种遗传缺陷的动物

在长期繁殖过程中动物的子代突然发生变异变异

的基因位点又可遗传下去或者即使没有明确的基因

位点经淘汰和选育后仍能维持其稳定的遗传性状

如无胸腺裸鼠（无TB细胞和巨噬细胞）

突变系动物

1919

杂交群动物(Hybrid colony animals)(杂交一代

F1代动物)两个近交品系动物之间进行有计划交配

所获得的第一代动物

例如C57BL6JtimesDBA2rarrB6D2F1 (B6为 C57BL6J的缩写D2 为 DBA2的缩写)

CBAtimesDBA2 小鼠具有反复自然流产的特点

杂交群动物

20

封闭群动物(Closed colony animals) 以非近亲交配方式进行繁

殖生产的一个种群在不从外部引入新的血缘条件至少连续繁

殖四代以上称封闭群

优点群内非同窝近亲随机交配遗传背景复杂封闭群动物具

有杂合特性并避免了近交从而避免了近交衰退的出现所以

其生活生育力都比近交系强具有繁殖率高疾病抵抗力强

故封闭群可以大量生产供应量充足

缺点封闭群要求不以近交形式也不与群外动物杂交封闭群

在整体上由于没有引进新的血缘其遗传特性及其他反应性能保

持相对稳定但就群内个体间而言因其有杂合性所以个体间

的反应性具有差异某些个体反应性强某些个体反应性弱因

此个体间的重复性和一致性不如近交系动物好

封闭群动物

21

按微生物控制分级

1无菌动物 (Germfree animal GF)2无特定病原体动物(Specific pathogen free animal

SPF)3清洁动物(Clean animal CL)4普通动物(Conventional animal CV)

实验动物的分级

22

微生物控制的检测项目

GB 149222-2011 《实验动物 微生物学等级及监测》

23

微生物控制的检测项目

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

3

很多人反对动物实验

4

对弱者的同情是否应有底线

5

ldquo小强rdquo也有父母兄弟

666

实验动物学

Dr Xiaodong Zheng Email zhxddustceducnInstitute of Immunology

生命科学导论--生物技术与生命科学Introduction of Life Science-Biotechnology in

Life Science

7

动物实验是必需的吗

7

8

让我们为那些利用动物进行研究的罪人祈祷

上帝啊请帮助他们找到治疗我爸老年痴呆症

的方法

找到治疗我妈帕金森症的方法

治疗我的癌症

假如一项可能挽救你亲人生命的研究计划因动物实验被禁止而不能继续下去你将有和感想

动物实验是必需的

9AEIR

实验动物是生命科学研究的支撑条件

Research研究

Equipment 设备

Information 信息

Animal 动物

Reagent 试剂

1010

药物从发现到批准投产上市从药学药理学毒理学和临

床医学等各方面的研究过程都需要动物进行实验

进行安全性有效性评价

主要药效学试验（小鼠狗）

急性毒性试验（小鼠狗）

长期毒性试验（小鼠狗）

安全药理学试验（小鼠狗）

生殖毒性试验（小鼠狗）

致突变试验（小鼠狗）

致癌试验（小鼠）

刺激性过敏性和溶血性试验（豚鼠家兔）

依赖性试验（小鼠狗）

实验动物是新药研发的支撑条件

11

《治疗用生物制品非临床安全性技术审评一般原则》

生物制品的生物活性与动物种属和或组织特异性相关其安全性评价常常不能按标准毒性试验采用常规动物(如大鼠和犬) 而应使用相关动物种属

相关动物种属是指受试物在此类动物上受体或抗原表位有表达能够产生药理活性其对生物制品的生物学反应能模拟人体反应

生物制品的动物实验要求

1212

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

1313

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

13

14

实验动物(Laboratory animals)是指经人工培育或人工改造遗传背景明确来源

清楚同时对其携带的微生物实行控制用于科学

实验药品生物制品的生产和检定及其他科学实

验的动物

实验动物

1515

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

15

16

按遗传学控制分类

根据基因的纯合程度把实验动物分成下列四类

1近交系动物 (Inbred strain animals)2突变系动物 (Mutant strain animals)3杂交群动物 (Hybrid colony animals)(杂交F1代动物)4封闭群动物(Closed colony animals)

实验动物的分类

17

近交系动物(Inbred strain animals) 又叫纯系动物是采用同

胞兄妹或亲子交配连续繁殖20代以上所培育出来的遗传上达

到高度一致的动物群

基因纯合程度可达998

主要指啮齿动物可出现近亲交配衰退

较大动物纯种培育很难获得成功因为世代间隔较长费用

较大所以成功率低

禽类和兔的血缘关系达到80以上(相当于兄妹交配四代)时

即可称为近交系

近交系动物

突变系动物(Mutant strain animals) 具有特殊突变

基因的品系动物正常染色体基因发生突变并具有

各种遗传缺陷的动物

在长期繁殖过程中动物的子代突然发生变异变异

的基因位点又可遗传下去或者即使没有明确的基因

位点经淘汰和选育后仍能维持其稳定的遗传性状

如无胸腺裸鼠（无TB细胞和巨噬细胞）

突变系动物

1919

杂交群动物(Hybrid colony animals)(杂交一代

F1代动物)两个近交品系动物之间进行有计划交配

所获得的第一代动物

例如C57BL6JtimesDBA2rarrB6D2F1 (B6为 C57BL6J的缩写D2 为 DBA2的缩写)

CBAtimesDBA2 小鼠具有反复自然流产的特点

杂交群动物

20

封闭群动物(Closed colony animals) 以非近亲交配方式进行繁

殖生产的一个种群在不从外部引入新的血缘条件至少连续繁

殖四代以上称封闭群

优点群内非同窝近亲随机交配遗传背景复杂封闭群动物具

有杂合特性并避免了近交从而避免了近交衰退的出现所以

其生活生育力都比近交系强具有繁殖率高疾病抵抗力强

故封闭群可以大量生产供应量充足

缺点封闭群要求不以近交形式也不与群外动物杂交封闭群

在整体上由于没有引进新的血缘其遗传特性及其他反应性能保

持相对稳定但就群内个体间而言因其有杂合性所以个体间

的反应性具有差异某些个体反应性强某些个体反应性弱因

此个体间的重复性和一致性不如近交系动物好

封闭群动物

21

按微生物控制分级

1无菌动物 (Germfree animal GF)2无特定病原体动物(Specific pathogen free animal

SPF)3清洁动物(Clean animal CL)4普通动物(Conventional animal CV)

实验动物的分级

22

微生物控制的检测项目

GB 149222-2011 《实验动物 微生物学等级及监测》

23

微生物控制的检测项目

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

4

对弱者的同情是否应有底线

5

ldquo小强rdquo也有父母兄弟

666

实验动物学

Dr Xiaodong Zheng Email zhxddustceducnInstitute of Immunology

生命科学导论--生物技术与生命科学Introduction of Life Science-Biotechnology in

Life Science

7

动物实验是必需的吗

7

8

让我们为那些利用动物进行研究的罪人祈祷

上帝啊请帮助他们找到治疗我爸老年痴呆症

的方法

找到治疗我妈帕金森症的方法

治疗我的癌症

假如一项可能挽救你亲人生命的研究计划因动物实验被禁止而不能继续下去你将有和感想

动物实验是必需的

9AEIR

实验动物是生命科学研究的支撑条件

Research研究

Equipment 设备

Information 信息

Animal 动物

Reagent 试剂

1010

药物从发现到批准投产上市从药学药理学毒理学和临

床医学等各方面的研究过程都需要动物进行实验

进行安全性有效性评价

主要药效学试验（小鼠狗）

急性毒性试验（小鼠狗）

长期毒性试验（小鼠狗）

安全药理学试验（小鼠狗）

生殖毒性试验（小鼠狗）

致突变试验（小鼠狗）

致癌试验（小鼠）

刺激性过敏性和溶血性试验（豚鼠家兔）

依赖性试验（小鼠狗）

实验动物是新药研发的支撑条件

11

《治疗用生物制品非临床安全性技术审评一般原则》

生物制品的生物活性与动物种属和或组织特异性相关其安全性评价常常不能按标准毒性试验采用常规动物(如大鼠和犬) 而应使用相关动物种属

相关动物种属是指受试物在此类动物上受体或抗原表位有表达能够产生药理活性其对生物制品的生物学反应能模拟人体反应

生物制品的动物实验要求

1212

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

1313

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

13

14

实验动物(Laboratory animals)是指经人工培育或人工改造遗传背景明确来源

清楚同时对其携带的微生物实行控制用于科学

实验药品生物制品的生产和检定及其他科学实

验的动物

实验动物

1515

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

15

16

按遗传学控制分类

根据基因的纯合程度把实验动物分成下列四类

1近交系动物 (Inbred strain animals)2突变系动物 (Mutant strain animals)3杂交群动物 (Hybrid colony animals)(杂交F1代动物)4封闭群动物(Closed colony animals)

实验动物的分类

17

近交系动物(Inbred strain animals) 又叫纯系动物是采用同

胞兄妹或亲子交配连续繁殖20代以上所培育出来的遗传上达

到高度一致的动物群

基因纯合程度可达998

主要指啮齿动物可出现近亲交配衰退

较大动物纯种培育很难获得成功因为世代间隔较长费用

较大所以成功率低

禽类和兔的血缘关系达到80以上(相当于兄妹交配四代)时

即可称为近交系

近交系动物

突变系动物(Mutant strain animals) 具有特殊突变

基因的品系动物正常染色体基因发生突变并具有

各种遗传缺陷的动物

在长期繁殖过程中动物的子代突然发生变异变异

的基因位点又可遗传下去或者即使没有明确的基因

位点经淘汰和选育后仍能维持其稳定的遗传性状

如无胸腺裸鼠（无TB细胞和巨噬细胞）

突变系动物

1919

杂交群动物(Hybrid colony animals)(杂交一代

F1代动物)两个近交品系动物之间进行有计划交配

所获得的第一代动物

例如C57BL6JtimesDBA2rarrB6D2F1 (B6为 C57BL6J的缩写D2 为 DBA2的缩写)

CBAtimesDBA2 小鼠具有反复自然流产的特点

杂交群动物

20

封闭群动物(Closed colony animals) 以非近亲交配方式进行繁

殖生产的一个种群在不从外部引入新的血缘条件至少连续繁

殖四代以上称封闭群

优点群内非同窝近亲随机交配遗传背景复杂封闭群动物具

有杂合特性并避免了近交从而避免了近交衰退的出现所以

其生活生育力都比近交系强具有繁殖率高疾病抵抗力强

故封闭群可以大量生产供应量充足

缺点封闭群要求不以近交形式也不与群外动物杂交封闭群

在整体上由于没有引进新的血缘其遗传特性及其他反应性能保

持相对稳定但就群内个体间而言因其有杂合性所以个体间

的反应性具有差异某些个体反应性强某些个体反应性弱因

此个体间的重复性和一致性不如近交系动物好

封闭群动物

21

按微生物控制分级

1无菌动物 (Germfree animal GF)2无特定病原体动物(Specific pathogen free animal

SPF)3清洁动物(Clean animal CL)4普通动物(Conventional animal CV)

实验动物的分级

22

微生物控制的检测项目

GB 149222-2011 《实验动物 微生物学等级及监测》

23

微生物控制的检测项目

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

5

ldquo小强rdquo也有父母兄弟

666

实验动物学

Dr Xiaodong Zheng Email zhxddustceducnInstitute of Immunology

生命科学导论--生物技术与生命科学Introduction of Life Science-Biotechnology in

Life Science

7

动物实验是必需的吗

7

8

让我们为那些利用动物进行研究的罪人祈祷

上帝啊请帮助他们找到治疗我爸老年痴呆症

的方法

找到治疗我妈帕金森症的方法

治疗我的癌症

假如一项可能挽救你亲人生命的研究计划因动物实验被禁止而不能继续下去你将有和感想

动物实验是必需的

9AEIR

实验动物是生命科学研究的支撑条件

Research研究

Equipment 设备

Information 信息

Animal 动物

Reagent 试剂

1010

药物从发现到批准投产上市从药学药理学毒理学和临

床医学等各方面的研究过程都需要动物进行实验

进行安全性有效性评价

主要药效学试验（小鼠狗）

急性毒性试验（小鼠狗）

长期毒性试验（小鼠狗）

安全药理学试验（小鼠狗）

生殖毒性试验（小鼠狗）

致突变试验（小鼠狗）

致癌试验（小鼠）

刺激性过敏性和溶血性试验（豚鼠家兔）

依赖性试验（小鼠狗）

实验动物是新药研发的支撑条件

11

《治疗用生物制品非临床安全性技术审评一般原则》

生物制品的生物活性与动物种属和或组织特异性相关其安全性评价常常不能按标准毒性试验采用常规动物(如大鼠和犬) 而应使用相关动物种属

相关动物种属是指受试物在此类动物上受体或抗原表位有表达能够产生药理活性其对生物制品的生物学反应能模拟人体反应

生物制品的动物实验要求

1212

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

1313

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

13

14

实验动物(Laboratory animals)是指经人工培育或人工改造遗传背景明确来源

清楚同时对其携带的微生物实行控制用于科学

实验药品生物制品的生产和检定及其他科学实

验的动物

实验动物

1515

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

15

16

按遗传学控制分类

根据基因的纯合程度把实验动物分成下列四类

1近交系动物 (Inbred strain animals)2突变系动物 (Mutant strain animals)3杂交群动物 (Hybrid colony animals)(杂交F1代动物)4封闭群动物(Closed colony animals)

实验动物的分类

17

近交系动物(Inbred strain animals) 又叫纯系动物是采用同

胞兄妹或亲子交配连续繁殖20代以上所培育出来的遗传上达

到高度一致的动物群

基因纯合程度可达998

主要指啮齿动物可出现近亲交配衰退

较大动物纯种培育很难获得成功因为世代间隔较长费用

较大所以成功率低

禽类和兔的血缘关系达到80以上(相当于兄妹交配四代)时

即可称为近交系

近交系动物

突变系动物(Mutant strain animals) 具有特殊突变

基因的品系动物正常染色体基因发生突变并具有

各种遗传缺陷的动物

在长期繁殖过程中动物的子代突然发生变异变异

的基因位点又可遗传下去或者即使没有明确的基因

位点经淘汰和选育后仍能维持其稳定的遗传性状

如无胸腺裸鼠（无TB细胞和巨噬细胞）

突变系动物

1919

杂交群动物(Hybrid colony animals)(杂交一代

F1代动物)两个近交品系动物之间进行有计划交配

所获得的第一代动物

例如C57BL6JtimesDBA2rarrB6D2F1 (B6为 C57BL6J的缩写D2 为 DBA2的缩写)

CBAtimesDBA2 小鼠具有反复自然流产的特点

杂交群动物

20

封闭群动物(Closed colony animals) 以非近亲交配方式进行繁

殖生产的一个种群在不从外部引入新的血缘条件至少连续繁

殖四代以上称封闭群

优点群内非同窝近亲随机交配遗传背景复杂封闭群动物具

有杂合特性并避免了近交从而避免了近交衰退的出现所以

其生活生育力都比近交系强具有繁殖率高疾病抵抗力强

故封闭群可以大量生产供应量充足

缺点封闭群要求不以近交形式也不与群外动物杂交封闭群

在整体上由于没有引进新的血缘其遗传特性及其他反应性能保

持相对稳定但就群内个体间而言因其有杂合性所以个体间

的反应性具有差异某些个体反应性强某些个体反应性弱因

此个体间的重复性和一致性不如近交系动物好

封闭群动物

21

按微生物控制分级

1无菌动物 (Germfree animal GF)2无特定病原体动物(Specific pathogen free animal

SPF)3清洁动物(Clean animal CL)4普通动物(Conventional animal CV)

实验动物的分级

22

微生物控制的检测项目

GB 149222-2011 《实验动物 微生物学等级及监测》

23

微生物控制的检测项目

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

666

实验动物学

Dr Xiaodong Zheng Email zhxddustceducnInstitute of Immunology

生命科学导论--生物技术与生命科学Introduction of Life Science-Biotechnology in

Life Science

7

动物实验是必需的吗

7

8

让我们为那些利用动物进行研究的罪人祈祷

上帝啊请帮助他们找到治疗我爸老年痴呆症

的方法

找到治疗我妈帕金森症的方法

治疗我的癌症

假如一项可能挽救你亲人生命的研究计划因动物实验被禁止而不能继续下去你将有和感想

动物实验是必需的

9AEIR

实验动物是生命科学研究的支撑条件

Research研究

Equipment 设备

Information 信息

Animal 动物

Reagent 试剂

1010

药物从发现到批准投产上市从药学药理学毒理学和临

床医学等各方面的研究过程都需要动物进行实验

进行安全性有效性评价

主要药效学试验（小鼠狗）

急性毒性试验（小鼠狗）

长期毒性试验（小鼠狗）

安全药理学试验（小鼠狗）

生殖毒性试验（小鼠狗）

致突变试验（小鼠狗）

致癌试验（小鼠）

刺激性过敏性和溶血性试验（豚鼠家兔）

依赖性试验（小鼠狗）

实验动物是新药研发的支撑条件

11

《治疗用生物制品非临床安全性技术审评一般原则》

生物制品的生物活性与动物种属和或组织特异性相关其安全性评价常常不能按标准毒性试验采用常规动物(如大鼠和犬) 而应使用相关动物种属

相关动物种属是指受试物在此类动物上受体或抗原表位有表达能够产生药理活性其对生物制品的生物学反应能模拟人体反应

生物制品的动物实验要求

1212

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

1313

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

13

14

实验动物(Laboratory animals)是指经人工培育或人工改造遗传背景明确来源

清楚同时对其携带的微生物实行控制用于科学

实验药品生物制品的生产和检定及其他科学实

验的动物

实验动物

1515

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

15

16

按遗传学控制分类

根据基因的纯合程度把实验动物分成下列四类

1近交系动物 (Inbred strain animals)2突变系动物 (Mutant strain animals)3杂交群动物 (Hybrid colony animals)(杂交F1代动物)4封闭群动物(Closed colony animals)

实验动物的分类

17

近交系动物(Inbred strain animals) 又叫纯系动物是采用同

胞兄妹或亲子交配连续繁殖20代以上所培育出来的遗传上达

到高度一致的动物群

基因纯合程度可达998

主要指啮齿动物可出现近亲交配衰退

较大动物纯种培育很难获得成功因为世代间隔较长费用

较大所以成功率低

禽类和兔的血缘关系达到80以上(相当于兄妹交配四代)时

即可称为近交系

近交系动物

突变系动物(Mutant strain animals) 具有特殊突变

基因的品系动物正常染色体基因发生突变并具有

各种遗传缺陷的动物

在长期繁殖过程中动物的子代突然发生变异变异

的基因位点又可遗传下去或者即使没有明确的基因

位点经淘汰和选育后仍能维持其稳定的遗传性状

如无胸腺裸鼠（无TB细胞和巨噬细胞）

突变系动物

1919

杂交群动物(Hybrid colony animals)(杂交一代

F1代动物)两个近交品系动物之间进行有计划交配

所获得的第一代动物

例如C57BL6JtimesDBA2rarrB6D2F1 (B6为 C57BL6J的缩写D2 为 DBA2的缩写)

CBAtimesDBA2 小鼠具有反复自然流产的特点

杂交群动物

20

封闭群动物(Closed colony animals) 以非近亲交配方式进行繁

殖生产的一个种群在不从外部引入新的血缘条件至少连续繁

殖四代以上称封闭群

优点群内非同窝近亲随机交配遗传背景复杂封闭群动物具

有杂合特性并避免了近交从而避免了近交衰退的出现所以

其生活生育力都比近交系强具有繁殖率高疾病抵抗力强

故封闭群可以大量生产供应量充足

缺点封闭群要求不以近交形式也不与群外动物杂交封闭群

在整体上由于没有引进新的血缘其遗传特性及其他反应性能保

持相对稳定但就群内个体间而言因其有杂合性所以个体间

的反应性具有差异某些个体反应性强某些个体反应性弱因

此个体间的重复性和一致性不如近交系动物好

封闭群动物

21

按微生物控制分级

1无菌动物 (Germfree animal GF)2无特定病原体动物(Specific pathogen free animal

SPF)3清洁动物(Clean animal CL)4普通动物(Conventional animal CV)

实验动物的分级

22

微生物控制的检测项目

GB 149222-2011 《实验动物 微生物学等级及监测》

23

微生物控制的检测项目

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

7

动物实验是必需的吗

7

8

让我们为那些利用动物进行研究的罪人祈祷

上帝啊请帮助他们找到治疗我爸老年痴呆症

的方法

找到治疗我妈帕金森症的方法

治疗我的癌症

假如一项可能挽救你亲人生命的研究计划因动物实验被禁止而不能继续下去你将有和感想

动物实验是必需的

9AEIR

实验动物是生命科学研究的支撑条件

Research研究

Equipment 设备

Information 信息

Animal 动物

Reagent 试剂

1010

药物从发现到批准投产上市从药学药理学毒理学和临

床医学等各方面的研究过程都需要动物进行实验

进行安全性有效性评价

主要药效学试验（小鼠狗）

急性毒性试验（小鼠狗）

长期毒性试验（小鼠狗）

安全药理学试验（小鼠狗）

生殖毒性试验（小鼠狗）

致突变试验（小鼠狗）

致癌试验（小鼠）

刺激性过敏性和溶血性试验（豚鼠家兔）

依赖性试验（小鼠狗）

实验动物是新药研发的支撑条件

11

《治疗用生物制品非临床安全性技术审评一般原则》

生物制品的生物活性与动物种属和或组织特异性相关其安全性评价常常不能按标准毒性试验采用常规动物(如大鼠和犬) 而应使用相关动物种属

相关动物种属是指受试物在此类动物上受体或抗原表位有表达能够产生药理活性其对生物制品的生物学反应能模拟人体反应

生物制品的动物实验要求

1212

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

1313

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

13

14

实验动物(Laboratory animals)是指经人工培育或人工改造遗传背景明确来源

清楚同时对其携带的微生物实行控制用于科学

实验药品生物制品的生产和检定及其他科学实

验的动物

实验动物

1515

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

15

16

按遗传学控制分类

根据基因的纯合程度把实验动物分成下列四类

1近交系动物 (Inbred strain animals)2突变系动物 (Mutant strain animals)3杂交群动物 (Hybrid colony animals)(杂交F1代动物)4封闭群动物(Closed colony animals)

实验动物的分类

17

近交系动物(Inbred strain animals) 又叫纯系动物是采用同

胞兄妹或亲子交配连续繁殖20代以上所培育出来的遗传上达

到高度一致的动物群

基因纯合程度可达998

主要指啮齿动物可出现近亲交配衰退

较大动物纯种培育很难获得成功因为世代间隔较长费用

较大所以成功率低

禽类和兔的血缘关系达到80以上(相当于兄妹交配四代)时

即可称为近交系

近交系动物

突变系动物(Mutant strain animals) 具有特殊突变

基因的品系动物正常染色体基因发生突变并具有

各种遗传缺陷的动物

在长期繁殖过程中动物的子代突然发生变异变异

的基因位点又可遗传下去或者即使没有明确的基因

位点经淘汰和选育后仍能维持其稳定的遗传性状

如无胸腺裸鼠（无TB细胞和巨噬细胞）

突变系动物

1919

杂交群动物(Hybrid colony animals)(杂交一代

F1代动物)两个近交品系动物之间进行有计划交配

所获得的第一代动物

例如C57BL6JtimesDBA2rarrB6D2F1 (B6为 C57BL6J的缩写D2 为 DBA2的缩写)

CBAtimesDBA2 小鼠具有反复自然流产的特点

杂交群动物

20

封闭群动物(Closed colony animals) 以非近亲交配方式进行繁

殖生产的一个种群在不从外部引入新的血缘条件至少连续繁

殖四代以上称封闭群

优点群内非同窝近亲随机交配遗传背景复杂封闭群动物具

有杂合特性并避免了近交从而避免了近交衰退的出现所以

其生活生育力都比近交系强具有繁殖率高疾病抵抗力强

故封闭群可以大量生产供应量充足

缺点封闭群要求不以近交形式也不与群外动物杂交封闭群

在整体上由于没有引进新的血缘其遗传特性及其他反应性能保

持相对稳定但就群内个体间而言因其有杂合性所以个体间

的反应性具有差异某些个体反应性强某些个体反应性弱因

此个体间的重复性和一致性不如近交系动物好

封闭群动物

21

按微生物控制分级

1无菌动物 (Germfree animal GF)2无特定病原体动物(Specific pathogen free animal

SPF)3清洁动物(Clean animal CL)4普通动物(Conventional animal CV)

实验动物的分级

22

微生物控制的检测项目

GB 149222-2011 《实验动物 微生物学等级及监测》

23

微生物控制的检测项目

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

8

让我们为那些利用动物进行研究的罪人祈祷

上帝啊请帮助他们找到治疗我爸老年痴呆症

的方法

找到治疗我妈帕金森症的方法

治疗我的癌症

假如一项可能挽救你亲人生命的研究计划因动物实验被禁止而不能继续下去你将有和感想

动物实验是必需的

9AEIR

实验动物是生命科学研究的支撑条件

Research研究

Equipment 设备

Information 信息

Animal 动物

Reagent 试剂

1010

药物从发现到批准投产上市从药学药理学毒理学和临

床医学等各方面的研究过程都需要动物进行实验

进行安全性有效性评价

主要药效学试验（小鼠狗）

急性毒性试验（小鼠狗）

长期毒性试验（小鼠狗）

安全药理学试验（小鼠狗）

生殖毒性试验（小鼠狗）

致突变试验（小鼠狗）

致癌试验（小鼠）

刺激性过敏性和溶血性试验（豚鼠家兔）

依赖性试验（小鼠狗）

实验动物是新药研发的支撑条件

11

《治疗用生物制品非临床安全性技术审评一般原则》

生物制品的生物活性与动物种属和或组织特异性相关其安全性评价常常不能按标准毒性试验采用常规动物(如大鼠和犬) 而应使用相关动物种属

相关动物种属是指受试物在此类动物上受体或抗原表位有表达能够产生药理活性其对生物制品的生物学反应能模拟人体反应

生物制品的动物实验要求

1212

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

1313

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

13

14

实验动物(Laboratory animals)是指经人工培育或人工改造遗传背景明确来源

清楚同时对其携带的微生物实行控制用于科学

实验药品生物制品的生产和检定及其他科学实

验的动物

实验动物

1515

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

15

16

按遗传学控制分类

根据基因的纯合程度把实验动物分成下列四类

1近交系动物 (Inbred strain animals)2突变系动物 (Mutant strain animals)3杂交群动物 (Hybrid colony animals)(杂交F1代动物)4封闭群动物(Closed colony animals)

实验动物的分类

17

近交系动物(Inbred strain animals) 又叫纯系动物是采用同

胞兄妹或亲子交配连续繁殖20代以上所培育出来的遗传上达

到高度一致的动物群

基因纯合程度可达998

主要指啮齿动物可出现近亲交配衰退

较大动物纯种培育很难获得成功因为世代间隔较长费用

较大所以成功率低

禽类和兔的血缘关系达到80以上(相当于兄妹交配四代)时

即可称为近交系

近交系动物

突变系动物(Mutant strain animals) 具有特殊突变

基因的品系动物正常染色体基因发生突变并具有

各种遗传缺陷的动物

在长期繁殖过程中动物的子代突然发生变异变异

的基因位点又可遗传下去或者即使没有明确的基因

位点经淘汰和选育后仍能维持其稳定的遗传性状

如无胸腺裸鼠（无TB细胞和巨噬细胞）

突变系动物

1919

杂交群动物(Hybrid colony animals)(杂交一代

F1代动物)两个近交品系动物之间进行有计划交配

所获得的第一代动物

例如C57BL6JtimesDBA2rarrB6D2F1 (B6为 C57BL6J的缩写D2 为 DBA2的缩写)

CBAtimesDBA2 小鼠具有反复自然流产的特点

杂交群动物

20

封闭群动物(Closed colony animals) 以非近亲交配方式进行繁

殖生产的一个种群在不从外部引入新的血缘条件至少连续繁

殖四代以上称封闭群

优点群内非同窝近亲随机交配遗传背景复杂封闭群动物具

有杂合特性并避免了近交从而避免了近交衰退的出现所以

其生活生育力都比近交系强具有繁殖率高疾病抵抗力强

故封闭群可以大量生产供应量充足

缺点封闭群要求不以近交形式也不与群外动物杂交封闭群

在整体上由于没有引进新的血缘其遗传特性及其他反应性能保

持相对稳定但就群内个体间而言因其有杂合性所以个体间

的反应性具有差异某些个体反应性强某些个体反应性弱因

此个体间的重复性和一致性不如近交系动物好

封闭群动物

21

按微生物控制分级

1无菌动物 (Germfree animal GF)2无特定病原体动物(Specific pathogen free animal

SPF)3清洁动物(Clean animal CL)4普通动物(Conventional animal CV)

实验动物的分级

22

微生物控制的检测项目

GB 149222-2011 《实验动物 微生物学等级及监测》

23

微生物控制的检测项目

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

9AEIR

实验动物是生命科学研究的支撑条件

Research研究

Equipment 设备

Information 信息

Animal 动物

Reagent 试剂

1010

药物从发现到批准投产上市从药学药理学毒理学和临

床医学等各方面的研究过程都需要动物进行实验

进行安全性有效性评价

主要药效学试验（小鼠狗）

急性毒性试验（小鼠狗）

长期毒性试验（小鼠狗）

安全药理学试验（小鼠狗）

生殖毒性试验（小鼠狗）

致突变试验（小鼠狗）

致癌试验（小鼠）

刺激性过敏性和溶血性试验（豚鼠家兔）

依赖性试验（小鼠狗）

实验动物是新药研发的支撑条件

11

《治疗用生物制品非临床安全性技术审评一般原则》

生物制品的生物活性与动物种属和或组织特异性相关其安全性评价常常不能按标准毒性试验采用常规动物(如大鼠和犬) 而应使用相关动物种属

相关动物种属是指受试物在此类动物上受体或抗原表位有表达能够产生药理活性其对生物制品的生物学反应能模拟人体反应

生物制品的动物实验要求

1212

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

1313

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

13

14

实验动物(Laboratory animals)是指经人工培育或人工改造遗传背景明确来源

清楚同时对其携带的微生物实行控制用于科学

实验药品生物制品的生产和检定及其他科学实

验的动物

实验动物

1515

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

15

16

按遗传学控制分类

根据基因的纯合程度把实验动物分成下列四类

1近交系动物 (Inbred strain animals)2突变系动物 (Mutant strain animals)3杂交群动物 (Hybrid colony animals)(杂交F1代动物)4封闭群动物(Closed colony animals)

实验动物的分类

17

近交系动物(Inbred strain animals) 又叫纯系动物是采用同

胞兄妹或亲子交配连续繁殖20代以上所培育出来的遗传上达

到高度一致的动物群

基因纯合程度可达998

主要指啮齿动物可出现近亲交配衰退

较大动物纯种培育很难获得成功因为世代间隔较长费用

较大所以成功率低

禽类和兔的血缘关系达到80以上(相当于兄妹交配四代)时

即可称为近交系

近交系动物

突变系动物(Mutant strain animals) 具有特殊突变

基因的品系动物正常染色体基因发生突变并具有

各种遗传缺陷的动物

在长期繁殖过程中动物的子代突然发生变异变异

的基因位点又可遗传下去或者即使没有明确的基因

位点经淘汰和选育后仍能维持其稳定的遗传性状

如无胸腺裸鼠（无TB细胞和巨噬细胞）

突变系动物

1919

杂交群动物(Hybrid colony animals)(杂交一代

F1代动物)两个近交品系动物之间进行有计划交配

所获得的第一代动物

例如C57BL6JtimesDBA2rarrB6D2F1 (B6为 C57BL6J的缩写D2 为 DBA2的缩写)

CBAtimesDBA2 小鼠具有反复自然流产的特点

杂交群动物

20

封闭群动物(Closed colony animals) 以非近亲交配方式进行繁

殖生产的一个种群在不从外部引入新的血缘条件至少连续繁

殖四代以上称封闭群

优点群内非同窝近亲随机交配遗传背景复杂封闭群动物具

有杂合特性并避免了近交从而避免了近交衰退的出现所以

其生活生育力都比近交系强具有繁殖率高疾病抵抗力强

故封闭群可以大量生产供应量充足

缺点封闭群要求不以近交形式也不与群外动物杂交封闭群

在整体上由于没有引进新的血缘其遗传特性及其他反应性能保

持相对稳定但就群内个体间而言因其有杂合性所以个体间

的反应性具有差异某些个体反应性强某些个体反应性弱因

此个体间的重复性和一致性不如近交系动物好

封闭群动物

21

按微生物控制分级

1无菌动物 (Germfree animal GF)2无特定病原体动物(Specific pathogen free animal

SPF)3清洁动物(Clean animal CL)4普通动物(Conventional animal CV)

实验动物的分级

22

微生物控制的检测项目

GB 149222-2011 《实验动物 微生物学等级及监测》

23

微生物控制的检测项目

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

1010

药物从发现到批准投产上市从药学药理学毒理学和临

床医学等各方面的研究过程都需要动物进行实验

进行安全性有效性评价

主要药效学试验（小鼠狗）

急性毒性试验（小鼠狗）

长期毒性试验（小鼠狗）

安全药理学试验（小鼠狗）

生殖毒性试验（小鼠狗）

致突变试验（小鼠狗）

致癌试验（小鼠）

刺激性过敏性和溶血性试验（豚鼠家兔）

依赖性试验（小鼠狗）

实验动物是新药研发的支撑条件

11

《治疗用生物制品非临床安全性技术审评一般原则》

生物制品的生物活性与动物种属和或组织特异性相关其安全性评价常常不能按标准毒性试验采用常规动物(如大鼠和犬) 而应使用相关动物种属

相关动物种属是指受试物在此类动物上受体或抗原表位有表达能够产生药理活性其对生物制品的生物学反应能模拟人体反应

生物制品的动物实验要求

1212

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

1313

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

13

14

实验动物(Laboratory animals)是指经人工培育或人工改造遗传背景明确来源

清楚同时对其携带的微生物实行控制用于科学

实验药品生物制品的生产和检定及其他科学实

验的动物

实验动物

1515

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

15

16

按遗传学控制分类

根据基因的纯合程度把实验动物分成下列四类

1近交系动物 (Inbred strain animals)2突变系动物 (Mutant strain animals)3杂交群动物 (Hybrid colony animals)(杂交F1代动物)4封闭群动物(Closed colony animals)

实验动物的分类

17

近交系动物(Inbred strain animals) 又叫纯系动物是采用同

胞兄妹或亲子交配连续繁殖20代以上所培育出来的遗传上达

到高度一致的动物群

基因纯合程度可达998

主要指啮齿动物可出现近亲交配衰退

较大动物纯种培育很难获得成功因为世代间隔较长费用

较大所以成功率低

禽类和兔的血缘关系达到80以上(相当于兄妹交配四代)时

即可称为近交系

近交系动物

突变系动物(Mutant strain animals) 具有特殊突变

基因的品系动物正常染色体基因发生突变并具有

各种遗传缺陷的动物

在长期繁殖过程中动物的子代突然发生变异变异

的基因位点又可遗传下去或者即使没有明确的基因

位点经淘汰和选育后仍能维持其稳定的遗传性状

如无胸腺裸鼠（无TB细胞和巨噬细胞）

突变系动物

1919

杂交群动物(Hybrid colony animals)(杂交一代

F1代动物)两个近交品系动物之间进行有计划交配

所获得的第一代动物

例如C57BL6JtimesDBA2rarrB6D2F1 (B6为 C57BL6J的缩写D2 为 DBA2的缩写)

CBAtimesDBA2 小鼠具有反复自然流产的特点

杂交群动物

20

封闭群动物(Closed colony animals) 以非近亲交配方式进行繁

殖生产的一个种群在不从外部引入新的血缘条件至少连续繁

殖四代以上称封闭群

优点群内非同窝近亲随机交配遗传背景复杂封闭群动物具

有杂合特性并避免了近交从而避免了近交衰退的出现所以

其生活生育力都比近交系强具有繁殖率高疾病抵抗力强

故封闭群可以大量生产供应量充足

缺点封闭群要求不以近交形式也不与群外动物杂交封闭群

在整体上由于没有引进新的血缘其遗传特性及其他反应性能保

持相对稳定但就群内个体间而言因其有杂合性所以个体间

的反应性具有差异某些个体反应性强某些个体反应性弱因

此个体间的重复性和一致性不如近交系动物好

封闭群动物

21

按微生物控制分级

1无菌动物 (Germfree animal GF)2无特定病原体动物(Specific pathogen free animal

SPF)3清洁动物(Clean animal CL)4普通动物(Conventional animal CV)

实验动物的分级

22

微生物控制的检测项目

GB 149222-2011 《实验动物 微生物学等级及监测》

23

微生物控制的检测项目

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

11

《治疗用生物制品非临床安全性技术审评一般原则》

生物制品的生物活性与动物种属和或组织特异性相关其安全性评价常常不能按标准毒性试验采用常规动物(如大鼠和犬) 而应使用相关动物种属

相关动物种属是指受试物在此类动物上受体或抗原表位有表达能够产生药理活性其对生物制品的生物学反应能模拟人体反应

生物制品的动物实验要求

1212

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

1313

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

13

14

实验动物(Laboratory animals)是指经人工培育或人工改造遗传背景明确来源

清楚同时对其携带的微生物实行控制用于科学

实验药品生物制品的生产和检定及其他科学实

验的动物

实验动物

1515

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

15

16

按遗传学控制分类

根据基因的纯合程度把实验动物分成下列四类

1近交系动物 (Inbred strain animals)2突变系动物 (Mutant strain animals)3杂交群动物 (Hybrid colony animals)(杂交F1代动物)4封闭群动物(Closed colony animals)

实验动物的分类

17

近交系动物(Inbred strain animals) 又叫纯系动物是采用同

胞兄妹或亲子交配连续繁殖20代以上所培育出来的遗传上达

到高度一致的动物群

基因纯合程度可达998

主要指啮齿动物可出现近亲交配衰退

较大动物纯种培育很难获得成功因为世代间隔较长费用

较大所以成功率低

禽类和兔的血缘关系达到80以上(相当于兄妹交配四代)时

即可称为近交系

近交系动物

突变系动物(Mutant strain animals) 具有特殊突变

基因的品系动物正常染色体基因发生突变并具有

各种遗传缺陷的动物

在长期繁殖过程中动物的子代突然发生变异变异

的基因位点又可遗传下去或者即使没有明确的基因

位点经淘汰和选育后仍能维持其稳定的遗传性状

如无胸腺裸鼠（无TB细胞和巨噬细胞）

突变系动物

1919

杂交群动物(Hybrid colony animals)(杂交一代

F1代动物)两个近交品系动物之间进行有计划交配

所获得的第一代动物

例如C57BL6JtimesDBA2rarrB6D2F1 (B6为 C57BL6J的缩写D2 为 DBA2的缩写)

CBAtimesDBA2 小鼠具有反复自然流产的特点

杂交群动物

20

封闭群动物(Closed colony animals) 以非近亲交配方式进行繁

殖生产的一个种群在不从外部引入新的血缘条件至少连续繁

殖四代以上称封闭群

优点群内非同窝近亲随机交配遗传背景复杂封闭群动物具

有杂合特性并避免了近交从而避免了近交衰退的出现所以

其生活生育力都比近交系强具有繁殖率高疾病抵抗力强

故封闭群可以大量生产供应量充足

缺点封闭群要求不以近交形式也不与群外动物杂交封闭群

在整体上由于没有引进新的血缘其遗传特性及其他反应性能保

持相对稳定但就群内个体间而言因其有杂合性所以个体间

的反应性具有差异某些个体反应性强某些个体反应性弱因

此个体间的重复性和一致性不如近交系动物好

封闭群动物

21

按微生物控制分级

1无菌动物 (Germfree animal GF)2无特定病原体动物(Specific pathogen free animal

SPF)3清洁动物(Clean animal CL)4普通动物(Conventional animal CV)

实验动物的分级

22

微生物控制的检测项目

GB 149222-2011 《实验动物 微生物学等级及监测》

23

微生物控制的检测项目

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

1212

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

1313

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

13

14

实验动物(Laboratory animals)是指经人工培育或人工改造遗传背景明确来源

清楚同时对其携带的微生物实行控制用于科学

实验药品生物制品的生产和检定及其他科学实

验的动物

实验动物

1515

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

15

16

按遗传学控制分类

根据基因的纯合程度把实验动物分成下列四类

1近交系动物 (Inbred strain animals)2突变系动物 (Mutant strain animals)3杂交群动物 (Hybrid colony animals)(杂交F1代动物)4封闭群动物(Closed colony animals)

实验动物的分类

17

近交系动物(Inbred strain animals) 又叫纯系动物是采用同

胞兄妹或亲子交配连续繁殖20代以上所培育出来的遗传上达

到高度一致的动物群

基因纯合程度可达998

主要指啮齿动物可出现近亲交配衰退

较大动物纯种培育很难获得成功因为世代间隔较长费用

较大所以成功率低

禽类和兔的血缘关系达到80以上(相当于兄妹交配四代)时

即可称为近交系

近交系动物

突变系动物(Mutant strain animals) 具有特殊突变

基因的品系动物正常染色体基因发生突变并具有

各种遗传缺陷的动物

在长期繁殖过程中动物的子代突然发生变异变异

的基因位点又可遗传下去或者即使没有明确的基因

位点经淘汰和选育后仍能维持其稳定的遗传性状

如无胸腺裸鼠（无TB细胞和巨噬细胞）

突变系动物

1919

杂交群动物(Hybrid colony animals)(杂交一代

F1代动物)两个近交品系动物之间进行有计划交配

所获得的第一代动物

例如C57BL6JtimesDBA2rarrB6D2F1 (B6为 C57BL6J的缩写D2 为 DBA2的缩写)

CBAtimesDBA2 小鼠具有反复自然流产的特点

杂交群动物

20

封闭群动物(Closed colony animals) 以非近亲交配方式进行繁

殖生产的一个种群在不从外部引入新的血缘条件至少连续繁

殖四代以上称封闭群

优点群内非同窝近亲随机交配遗传背景复杂封闭群动物具

有杂合特性并避免了近交从而避免了近交衰退的出现所以

其生活生育力都比近交系强具有繁殖率高疾病抵抗力强

故封闭群可以大量生产供应量充足

缺点封闭群要求不以近交形式也不与群外动物杂交封闭群

在整体上由于没有引进新的血缘其遗传特性及其他反应性能保

持相对稳定但就群内个体间而言因其有杂合性所以个体间

的反应性具有差异某些个体反应性强某些个体反应性弱因

此个体间的重复性和一致性不如近交系动物好

封闭群动物

21

按微生物控制分级

1无菌动物 (Germfree animal GF)2无特定病原体动物(Specific pathogen free animal

SPF)3清洁动物(Clean animal CL)4普通动物(Conventional animal CV)

实验动物的分级

22

微生物控制的检测项目

GB 149222-2011 《实验动物 微生物学等级及监测》

23

微生物控制的检测项目

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

1313

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

13

14

实验动物(Laboratory animals)是指经人工培育或人工改造遗传背景明确来源

清楚同时对其携带的微生物实行控制用于科学

实验药品生物制品的生产和检定及其他科学实

验的动物

实验动物

1515

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

15

16

按遗传学控制分类

根据基因的纯合程度把实验动物分成下列四类

1近交系动物 (Inbred strain animals)2突变系动物 (Mutant strain animals)3杂交群动物 (Hybrid colony animals)(杂交F1代动物)4封闭群动物(Closed colony animals)

实验动物的分类

17

近交系动物(Inbred strain animals) 又叫纯系动物是采用同

胞兄妹或亲子交配连续繁殖20代以上所培育出来的遗传上达

到高度一致的动物群

基因纯合程度可达998

主要指啮齿动物可出现近亲交配衰退

较大动物纯种培育很难获得成功因为世代间隔较长费用

较大所以成功率低

禽类和兔的血缘关系达到80以上(相当于兄妹交配四代)时

即可称为近交系

近交系动物

突变系动物(Mutant strain animals) 具有特殊突变

基因的品系动物正常染色体基因发生突变并具有

各种遗传缺陷的动物

在长期繁殖过程中动物的子代突然发生变异变异

的基因位点又可遗传下去或者即使没有明确的基因

位点经淘汰和选育后仍能维持其稳定的遗传性状

如无胸腺裸鼠（无TB细胞和巨噬细胞）

突变系动物

1919

杂交群动物(Hybrid colony animals)(杂交一代

F1代动物)两个近交品系动物之间进行有计划交配

所获得的第一代动物

例如C57BL6JtimesDBA2rarrB6D2F1 (B6为 C57BL6J的缩写D2 为 DBA2的缩写)

CBAtimesDBA2 小鼠具有反复自然流产的特点

杂交群动物

20

封闭群动物(Closed colony animals) 以非近亲交配方式进行繁

殖生产的一个种群在不从外部引入新的血缘条件至少连续繁

殖四代以上称封闭群

优点群内非同窝近亲随机交配遗传背景复杂封闭群动物具

有杂合特性并避免了近交从而避免了近交衰退的出现所以

其生活生育力都比近交系强具有繁殖率高疾病抵抗力强

故封闭群可以大量生产供应量充足

缺点封闭群要求不以近交形式也不与群外动物杂交封闭群

在整体上由于没有引进新的血缘其遗传特性及其他反应性能保

持相对稳定但就群内个体间而言因其有杂合性所以个体间

的反应性具有差异某些个体反应性强某些个体反应性弱因

此个体间的重复性和一致性不如近交系动物好

封闭群动物

21

按微生物控制分级

1无菌动物 (Germfree animal GF)2无特定病原体动物(Specific pathogen free animal

SPF)3清洁动物(Clean animal CL)4普通动物(Conventional animal CV)

实验动物的分级

22

微生物控制的检测项目

GB 149222-2011 《实验动物 微生物学等级及监测》

23

微生物控制的检测项目

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

14

实验动物(Laboratory animals)是指经人工培育或人工改造遗传背景明确来源

清楚同时对其携带的微生物实行控制用于科学

实验药品生物制品的生产和检定及其他科学实

验的动物

实验动物

1515

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

15

16

按遗传学控制分类

根据基因的纯合程度把实验动物分成下列四类

1近交系动物 (Inbred strain animals)2突变系动物 (Mutant strain animals)3杂交群动物 (Hybrid colony animals)(杂交F1代动物)4封闭群动物(Closed colony animals)

实验动物的分类

17

近交系动物(Inbred strain animals) 又叫纯系动物是采用同

胞兄妹或亲子交配连续繁殖20代以上所培育出来的遗传上达

到高度一致的动物群

基因纯合程度可达998

主要指啮齿动物可出现近亲交配衰退

较大动物纯种培育很难获得成功因为世代间隔较长费用

较大所以成功率低

禽类和兔的血缘关系达到80以上(相当于兄妹交配四代)时

即可称为近交系

近交系动物

突变系动物(Mutant strain animals) 具有特殊突变

基因的品系动物正常染色体基因发生突变并具有

各种遗传缺陷的动物

在长期繁殖过程中动物的子代突然发生变异变异

的基因位点又可遗传下去或者即使没有明确的基因

位点经淘汰和选育后仍能维持其稳定的遗传性状

如无胸腺裸鼠（无TB细胞和巨噬细胞）

突变系动物

1919

杂交群动物(Hybrid colony animals)(杂交一代

F1代动物)两个近交品系动物之间进行有计划交配

所获得的第一代动物

例如C57BL6JtimesDBA2rarrB6D2F1 (B6为 C57BL6J的缩写D2 为 DBA2的缩写)

CBAtimesDBA2 小鼠具有反复自然流产的特点

杂交群动物

20

封闭群动物(Closed colony animals) 以非近亲交配方式进行繁

殖生产的一个种群在不从外部引入新的血缘条件至少连续繁

殖四代以上称封闭群

优点群内非同窝近亲随机交配遗传背景复杂封闭群动物具

有杂合特性并避免了近交从而避免了近交衰退的出现所以

其生活生育力都比近交系强具有繁殖率高疾病抵抗力强

故封闭群可以大量生产供应量充足

缺点封闭群要求不以近交形式也不与群外动物杂交封闭群

在整体上由于没有引进新的血缘其遗传特性及其他反应性能保

持相对稳定但就群内个体间而言因其有杂合性所以个体间

的反应性具有差异某些个体反应性强某些个体反应性弱因

此个体间的重复性和一致性不如近交系动物好

封闭群动物

21

按微生物控制分级

1无菌动物 (Germfree animal GF)2无特定病原体动物(Specific pathogen free animal

SPF)3清洁动物(Clean animal CL)4普通动物(Conventional animal CV)

实验动物的分级

22

微生物控制的检测项目

GB 149222-2011 《实验动物 微生物学等级及监测》

23

微生物控制的检测项目

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

1515

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

15

16

按遗传学控制分类

根据基因的纯合程度把实验动物分成下列四类

1近交系动物 (Inbred strain animals)2突变系动物 (Mutant strain animals)3杂交群动物 (Hybrid colony animals)(杂交F1代动物)4封闭群动物(Closed colony animals)

实验动物的分类

17

近交系动物(Inbred strain animals) 又叫纯系动物是采用同

胞兄妹或亲子交配连续繁殖20代以上所培育出来的遗传上达

到高度一致的动物群

基因纯合程度可达998

主要指啮齿动物可出现近亲交配衰退

较大动物纯种培育很难获得成功因为世代间隔较长费用

较大所以成功率低

禽类和兔的血缘关系达到80以上(相当于兄妹交配四代)时

即可称为近交系

近交系动物

突变系动物(Mutant strain animals) 具有特殊突变

基因的品系动物正常染色体基因发生突变并具有

各种遗传缺陷的动物

在长期繁殖过程中动物的子代突然发生变异变异

的基因位点又可遗传下去或者即使没有明确的基因

位点经淘汰和选育后仍能维持其稳定的遗传性状

如无胸腺裸鼠（无TB细胞和巨噬细胞）

突变系动物

1919

杂交群动物(Hybrid colony animals)(杂交一代

F1代动物)两个近交品系动物之间进行有计划交配

所获得的第一代动物

例如C57BL6JtimesDBA2rarrB6D2F1 (B6为 C57BL6J的缩写D2 为 DBA2的缩写)

CBAtimesDBA2 小鼠具有反复自然流产的特点

杂交群动物

20

封闭群动物(Closed colony animals) 以非近亲交配方式进行繁

殖生产的一个种群在不从外部引入新的血缘条件至少连续繁

殖四代以上称封闭群

优点群内非同窝近亲随机交配遗传背景复杂封闭群动物具

有杂合特性并避免了近交从而避免了近交衰退的出现所以

其生活生育力都比近交系强具有繁殖率高疾病抵抗力强

故封闭群可以大量生产供应量充足

缺点封闭群要求不以近交形式也不与群外动物杂交封闭群

在整体上由于没有引进新的血缘其遗传特性及其他反应性能保

持相对稳定但就群内个体间而言因其有杂合性所以个体间

的反应性具有差异某些个体反应性强某些个体反应性弱因

此个体间的重复性和一致性不如近交系动物好

封闭群动物

21

按微生物控制分级

1无菌动物 (Germfree animal GF)2无特定病原体动物(Specific pathogen free animal

SPF)3清洁动物(Clean animal CL)4普通动物(Conventional animal CV)

实验动物的分级

22

微生物控制的检测项目

GB 149222-2011 《实验动物 微生物学等级及监测》

23

微生物控制的检测项目

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

16

按遗传学控制分类

根据基因的纯合程度把实验动物分成下列四类

1近交系动物 (Inbred strain animals)2突变系动物 (Mutant strain animals)3杂交群动物 (Hybrid colony animals)(杂交F1代动物)4封闭群动物(Closed colony animals)

实验动物的分类

17

近交系动物(Inbred strain animals) 又叫纯系动物是采用同

胞兄妹或亲子交配连续繁殖20代以上所培育出来的遗传上达

到高度一致的动物群

基因纯合程度可达998

主要指啮齿动物可出现近亲交配衰退

较大动物纯种培育很难获得成功因为世代间隔较长费用

较大所以成功率低

禽类和兔的血缘关系达到80以上(相当于兄妹交配四代)时

即可称为近交系

近交系动物

突变系动物(Mutant strain animals) 具有特殊突变

基因的品系动物正常染色体基因发生突变并具有

各种遗传缺陷的动物

在长期繁殖过程中动物的子代突然发生变异变异

的基因位点又可遗传下去或者即使没有明确的基因

位点经淘汰和选育后仍能维持其稳定的遗传性状

如无胸腺裸鼠（无TB细胞和巨噬细胞）

突变系动物

1919

杂交群动物(Hybrid colony animals)(杂交一代

F1代动物)两个近交品系动物之间进行有计划交配

所获得的第一代动物

例如C57BL6JtimesDBA2rarrB6D2F1 (B6为 C57BL6J的缩写D2 为 DBA2的缩写)

CBAtimesDBA2 小鼠具有反复自然流产的特点

杂交群动物

20

封闭群动物(Closed colony animals) 以非近亲交配方式进行繁

殖生产的一个种群在不从外部引入新的血缘条件至少连续繁

殖四代以上称封闭群

优点群内非同窝近亲随机交配遗传背景复杂封闭群动物具

有杂合特性并避免了近交从而避免了近交衰退的出现所以

其生活生育力都比近交系强具有繁殖率高疾病抵抗力强

故封闭群可以大量生产供应量充足

缺点封闭群要求不以近交形式也不与群外动物杂交封闭群

在整体上由于没有引进新的血缘其遗传特性及其他反应性能保

持相对稳定但就群内个体间而言因其有杂合性所以个体间

的反应性具有差异某些个体反应性强某些个体反应性弱因

此个体间的重复性和一致性不如近交系动物好

封闭群动物

21

按微生物控制分级

1无菌动物 (Germfree animal GF)2无特定病原体动物(Specific pathogen free animal

SPF)3清洁动物(Clean animal CL)4普通动物(Conventional animal CV)

实验动物的分级

22

微生物控制的检测项目

GB 149222-2011 《实验动物 微生物学等级及监测》

23

微生物控制的检测项目

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

17

近交系动物(Inbred strain animals) 又叫纯系动物是采用同

胞兄妹或亲子交配连续繁殖20代以上所培育出来的遗传上达

到高度一致的动物群

基因纯合程度可达998

主要指啮齿动物可出现近亲交配衰退

较大动物纯种培育很难获得成功因为世代间隔较长费用

较大所以成功率低

禽类和兔的血缘关系达到80以上(相当于兄妹交配四代)时

即可称为近交系

近交系动物

突变系动物(Mutant strain animals) 具有特殊突变

基因的品系动物正常染色体基因发生突变并具有

各种遗传缺陷的动物

在长期繁殖过程中动物的子代突然发生变异变异

的基因位点又可遗传下去或者即使没有明确的基因

位点经淘汰和选育后仍能维持其稳定的遗传性状

如无胸腺裸鼠（无TB细胞和巨噬细胞）

突变系动物

1919

杂交群动物(Hybrid colony animals)(杂交一代

F1代动物)两个近交品系动物之间进行有计划交配

所获得的第一代动物

例如C57BL6JtimesDBA2rarrB6D2F1 (B6为 C57BL6J的缩写D2 为 DBA2的缩写)

CBAtimesDBA2 小鼠具有反复自然流产的特点

杂交群动物

20

封闭群动物(Closed colony animals) 以非近亲交配方式进行繁

殖生产的一个种群在不从外部引入新的血缘条件至少连续繁

殖四代以上称封闭群

优点群内非同窝近亲随机交配遗传背景复杂封闭群动物具

有杂合特性并避免了近交从而避免了近交衰退的出现所以

其生活生育力都比近交系强具有繁殖率高疾病抵抗力强

故封闭群可以大量生产供应量充足

缺点封闭群要求不以近交形式也不与群外动物杂交封闭群

在整体上由于没有引进新的血缘其遗传特性及其他反应性能保

持相对稳定但就群内个体间而言因其有杂合性所以个体间

的反应性具有差异某些个体反应性强某些个体反应性弱因

此个体间的重复性和一致性不如近交系动物好

封闭群动物

21

按微生物控制分级

1无菌动物 (Germfree animal GF)2无特定病原体动物(Specific pathogen free animal

SPF)3清洁动物(Clean animal CL)4普通动物(Conventional animal CV)

实验动物的分级

22

微生物控制的检测项目

GB 149222-2011 《实验动物 微生物学等级及监测》

23

微生物控制的检测项目

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

突变系动物(Mutant strain animals) 具有特殊突变

基因的品系动物正常染色体基因发生突变并具有

各种遗传缺陷的动物

在长期繁殖过程中动物的子代突然发生变异变异

的基因位点又可遗传下去或者即使没有明确的基因

位点经淘汰和选育后仍能维持其稳定的遗传性状

如无胸腺裸鼠（无TB细胞和巨噬细胞）

突变系动物

1919

杂交群动物(Hybrid colony animals)(杂交一代

F1代动物)两个近交品系动物之间进行有计划交配

所获得的第一代动物

例如C57BL6JtimesDBA2rarrB6D2F1 (B6为 C57BL6J的缩写D2 为 DBA2的缩写)

CBAtimesDBA2 小鼠具有反复自然流产的特点

杂交群动物

20

封闭群动物(Closed colony animals) 以非近亲交配方式进行繁

殖生产的一个种群在不从外部引入新的血缘条件至少连续繁

殖四代以上称封闭群

优点群内非同窝近亲随机交配遗传背景复杂封闭群动物具

有杂合特性并避免了近交从而避免了近交衰退的出现所以

其生活生育力都比近交系强具有繁殖率高疾病抵抗力强

故封闭群可以大量生产供应量充足

缺点封闭群要求不以近交形式也不与群外动物杂交封闭群

在整体上由于没有引进新的血缘其遗传特性及其他反应性能保

持相对稳定但就群内个体间而言因其有杂合性所以个体间

的反应性具有差异某些个体反应性强某些个体反应性弱因

此个体间的重复性和一致性不如近交系动物好

封闭群动物

21

按微生物控制分级

1无菌动物 (Germfree animal GF)2无特定病原体动物(Specific pathogen free animal

SPF)3清洁动物(Clean animal CL)4普通动物(Conventional animal CV)

实验动物的分级

22

微生物控制的检测项目

GB 149222-2011 《实验动物 微生物学等级及监测》

23

微生物控制的检测项目

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

1919

杂交群动物(Hybrid colony animals)(杂交一代

F1代动物)两个近交品系动物之间进行有计划交配

所获得的第一代动物

例如C57BL6JtimesDBA2rarrB6D2F1 (B6为 C57BL6J的缩写D2 为 DBA2的缩写)

CBAtimesDBA2 小鼠具有反复自然流产的特点

杂交群动物

20

封闭群动物(Closed colony animals) 以非近亲交配方式进行繁

殖生产的一个种群在不从外部引入新的血缘条件至少连续繁

殖四代以上称封闭群

优点群内非同窝近亲随机交配遗传背景复杂封闭群动物具

有杂合特性并避免了近交从而避免了近交衰退的出现所以

其生活生育力都比近交系强具有繁殖率高疾病抵抗力强

故封闭群可以大量生产供应量充足

缺点封闭群要求不以近交形式也不与群外动物杂交封闭群

在整体上由于没有引进新的血缘其遗传特性及其他反应性能保

持相对稳定但就群内个体间而言因其有杂合性所以个体间

的反应性具有差异某些个体反应性强某些个体反应性弱因

此个体间的重复性和一致性不如近交系动物好

封闭群动物

21

按微生物控制分级

1无菌动物 (Germfree animal GF)2无特定病原体动物(Specific pathogen free animal

SPF)3清洁动物(Clean animal CL)4普通动物(Conventional animal CV)

实验动物的分级

22

微生物控制的检测项目

GB 149222-2011 《实验动物 微生物学等级及监测》

23

微生物控制的检测项目

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

20

封闭群动物(Closed colony animals) 以非近亲交配方式进行繁

殖生产的一个种群在不从外部引入新的血缘条件至少连续繁

殖四代以上称封闭群

优点群内非同窝近亲随机交配遗传背景复杂封闭群动物具

有杂合特性并避免了近交从而避免了近交衰退的出现所以

其生活生育力都比近交系强具有繁殖率高疾病抵抗力强

故封闭群可以大量生产供应量充足

缺点封闭群要求不以近交形式也不与群外动物杂交封闭群

在整体上由于没有引进新的血缘其遗传特性及其他反应性能保

持相对稳定但就群内个体间而言因其有杂合性所以个体间

的反应性具有差异某些个体反应性强某些个体反应性弱因

此个体间的重复性和一致性不如近交系动物好

封闭群动物

21

按微生物控制分级

1无菌动物 (Germfree animal GF)2无特定病原体动物(Specific pathogen free animal

SPF)3清洁动物(Clean animal CL)4普通动物(Conventional animal CV)

实验动物的分级

22

微生物控制的检测项目

GB 149222-2011 《实验动物 微生物学等级及监测》

23

微生物控制的检测项目

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

21

按微生物控制分级

1无菌动物 (Germfree animal GF)2无特定病原体动物(Specific pathogen free animal

SPF)3清洁动物(Clean animal CL)4普通动物(Conventional animal CV)

实验动物的分级

22

微生物控制的检测项目

GB 149222-2011 《实验动物 微生物学等级及监测》

23

微生物控制的检测项目

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

22

微生物控制的检测项目

GB 149222-2011 《实验动物 微生物学等级及监测》

23

微生物控制的检测项目

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

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基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

23

微生物控制的检测项目

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

24

微生物控制的检测项目

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

25

微生物控制的检测项目

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

26

微生物控制的检测项目

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

27

微生物控制的检测项目

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

28

无菌动物(Germfree animal简称GF) 指用现有的实验

手段检测动物的体表体内不携带其它生命体(包括一切

微生物和寄生虫)的实验动物

无菌动物

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

29

如何得到无菌动物

第一代通过无菌剖腹产术人工哺乳获得以后

通过无菌动物雌雄交配繁殖或无菌剖腹产术保

姆鼠代乳扩群

胎盘屏障和无菌剖腹产

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

30

无菌隔离器

如何饲养无菌动物

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

31

无菌动物形态学特点

无菌在动物体内外任何部位均检不出任何已知的活

的微生物和寄生虫

消化系统肠道肌层薄肠绒毛变细变短肝脏变小

免疫系统胸腺脾脏淋巴组织等发育不良白细

胞数变少且数量波动范围小

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

32

免疫功能血清中IgGIgM水平低无特异性抗体免疫

应答速度慢过敏反应排斥反应以及自身免疫消失或减

弱

生长率不同种属不同鸟类快豚鼠和兔慢 大小鼠

差不多

代谢和营养 无菌动物血中含氮量少肠道对水的吸收率

低代谢周期比普通动物长体内不能合成维生素B和K抗辐射能力无菌动物抗辐射能力强抗实验性烫伤和抗

休克死亡能力也强于普通动物

寿命无菌动物的寿命普遍长于普通动物

无菌动物生理学特点

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

33

微生物学研究

微生物间的拮抗作用

微生物和宿主之间关系

病毒学研究

无菌动物的应用

营养学研究

无菌动物是研究营养的良好模型很多营养成

分是靠细菌产生的如VB和VK是靠肠道细菌合成

的无菌动物体内不能合成VB和VK所以可以用

来研究哪些细菌合成了哪些维生素

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

34

免疫学研究

无菌动物体内既无抗原也无特异性抗体处于一

种ldquo原始状态rdquo很适合用于各种免疫功能的研究

如无菌动物暴露于微生物先产生α球蛋白再产

生β球蛋白最后产生γ球蛋白

制备高效价无交叉反应的特异性抗体

某些免疫抑制实验要用无菌动物进行实验

肿瘤学研究

研究垂直传染的致癌病原如白血病病毒

无菌动物的应用

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

35

老年病学研究

普通小鼠寿命2年而无菌小鼠寿命3-4年无菌

动物普遍寿命比普通动物长说明微生物和机体老化

有关

放射医学研究

无菌动物可以耐受大剂量的放射线照射可用区

别放射引起的症状和继发感染的症状

无菌动物的应用

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

36

无特定病原体动物(Specific pathogen free animal简称SPF动物)除清洁动物应排除的病原外不携

带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的

病原的实验动物

饲养条件屏障系统内大规模生产隔离器内保种

最初来源将无菌动物转移到屏障系统中饲养繁殖

无特定病原体动物

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

37

SPF动物特点

1微生物特点

SPF动物不携带某些特定感染或条件致病和对

研究实验干扰大的病原体

2来源来源于无菌动物或剖腹产动物

3饲养条件

SPF动物必须饲养在温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中实行严格的微生物控制

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

38

SPF动物的应用

目前国际上公认SPF动物适用于几乎所有科

研实验是国际标准级别的实验动物

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

39

清洁动物(Clean animal简称CL动物)除普通级动

物应排除的病原外不携带对动物危害大和对科

学研究干扰大的病原的实验动物

饲养条件屏障系统

来源SPF动物扩群

清洁动物

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

40

清洁级动物特点1微生物特点

清洁级动物要求排除的微生物和寄生虫比SPF动物略少清

洁级动物除肉眼观察无病外尸体解剖时主要脏器组织

无论是肉眼观看还是病理组织切片均应无病变

2来源

清洁动物来源于SPF动物无菌动物或剖腹产动物

3饲养管理

清洁级动物饲养于温湿度恒定的万级空气净化的屏障系统中

其所用的饲料垫料饮用水笼器具等都经过消毒灭菌处

理工作人员需换灭菌工作服鞋帽口罩等进入动物室

进行操作

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物

它较普通级动物健康又较SPF级动物易达到质量标

准在动物实验中可免受动物疾病的干扰其敏感

性与重复性亦较好

清洁动物的应用

41

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

42

普通动物(Conventional animal简称CV动物)不带有严重危害动物自身健康和人兽共患病

病原体的动物

饲养条件普通开放环境

来源经微生物学检查不带有上述病原体的动

物或SPF动物降级

普通动物

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

43

普通动物特点

1微生物学特点

要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病

的病原

2饲养管理

饲养于开放系统但仍然对温度湿度饲料垫料

饮水卫生等有一定控制

3生理学特点

外观健康饮食排泄正常无异常分泌物无临床症

状脏器无眼观病灶

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

44

普通动物的应用

仅作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之

用

除大动物外一般不可供科研教学生产和检定

之用

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

45

实验动物的卫生防疫

小型实验动物一旦染病直接处死不可用

药治疗和疫苗接种

原因

无法根除病原

成为潜在感染源

干扰实验结果

经济上不合算

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

4646

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

46

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

47

实验动物的使用统计

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

48

小 鼠小鼠

MouseMus musculus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

鼠属

小家鼠种

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

49

1 125亿年前 -- 人鼠始祖已知的最早的哺乳动物纲代表物种从它进化出了所有现代的胎生哺乳动物

小鼠的历史

2 19世纪 -- 宠物鼠在20世纪初科学家们也开始意识到可以用这些不同颜色的老鼠进行一些遗传学实验这些宠物鼠成了实验鼠的ldquo先驱rdquo

3 1897年 -- 重组表型生物学家William Haacke 发现白鼠和杂色鼠杂交会产生重组表型他注意到在出生的第一代老鼠全部是杂色的但到了第二代却有了重组表型mdashmdash既有白色鼠又有杂色鼠

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

50

41900年 -- 从宠物鼠到实验鼠Abbie Lathrop -饲养宠物鼠1902年William Castle购买老鼠用于遗传学研究他对这些老鼠的毛色进行观察以检测孟德尔法则的正确性

小鼠的历史

5 1905年 -- 孟德尔老鼠通过对黄白相间的杂色鼠进行研究法国遗传学家

Lucien Claude Cueno 发现两个携带黄色皮毛基因

的老鼠之间交配其子代老鼠中黄色老鼠和白色老鼠

的数量比总是21 Castle 和 Little经过研究才终于

发现携带两个黄色基因对老鼠来说是致死的这是报

道的第一个等位纯合致死的基因Aa AaAa

AA Aa Aa aa

times

CastleAbbie Lathrop

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

51

小鼠的历史6 1909年 -- 实验鼠的诞生Clarence Cook Little 是一个来自于William Castle 实验室的哈佛大学生物学家培育出了第一个近亲繁殖的小鼠株系―DBA他坚信研究遗传物质纯合的老鼠种群将会解开人类疾病的秘密如癌症的原因DBA株系是第一个现代实验鼠株系100多年来 人们已经建立了近 400多个近交系 6000多个突变品系

7 1916年 -- 肿瘤易受性和组织相容性Clarence Little 和 Ernest Tyzzer 发现在同一株系小

鼠间进行肿瘤移植不会产生排斥现象但不同株系间

的移植则会发生排斥反应 Jackson实验室的

George Snell在1940年代发现了组织相容性基因H2系统---荣获了1980年的诺贝尔奖

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

52

8 1921年 -- C57BL株系Clarence Little 将从Abbie Lathrop的农场里买

回来的一只编号为57的雌性小鼠的后代培育成了

著名的C57BL的小鼠株系C57BL对遗传学家来

说是使用最广最重要的小鼠株系之一并且它

的基因组测序将在2002年完成并公布于世

小鼠的历史

9 1929年 -- Jackson 实验室---世界上最重要的小鼠遗传学研究中心在Hudson 汽车公司的头目Edsel Ford和Roscoe Jackson两位大财主的资助下

Charence Little 在美国缅因州Bar Harbor 建Jackson 实验室(httpswwwjaxorg)

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

10 1982年 -- 转基因小鼠Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激素基因连在一起并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中从而培育出了第一批转基因小鼠这些转基因小鼠长期取食含有足量锌的食物后就会长得非常大转基因小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮

小鼠的历史

11 1987-89年 -- 第一只基因敲除小鼠Martin EvansOliver Smithies 和 Mario Capecch 领导

的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目标基因进行失活培

育出了第一只基因敲除小鼠这三位科学家因为这项工作在

2007获得了Nobel奖接下来科学家们用同样的技术又培

育出了几千种基因敲除小鼠53

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

5454

12 1998年 -- 克隆鼠1997年克隆羊ldquo多莉rdquo诞生之后夏威夷的一个小组培

育出了第一批克隆鼠--ldquoCumulinardquo和她的姐妹们

小鼠的历史

13 2002年12月 -- 小鼠基因组小鼠基因组测序协会发表了一份高质量的小鼠基因组序列草

图并且同时对C57BL6J小鼠株系做了分析这个基因组

大小约为25Gb比人类基因组要小预计的基因也少于

30000个约有40的小鼠和人类基因组序列相高度似性

80的人类基因在小鼠基因组中能找到相应的基因

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

55

BALBc C3HHe

DBA 裸鼠

C57BL6

小鼠的种类

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

56

一般特性 染色体20对 代谢旺盛体温37～39呼吸频率140～210次分心跳平

均163次分 喜黑暗昼伏夜动 喜欢群居雄性好斗 性情温顺胆小怕惊对环境反应敏感不耐冷热和饥饿

繁殖特性 发育迅速性成熟早小鼠出生后20天左右(3w)即可离乳此

时体重达14g (10～16g)左右稍加饲育即可用于实验及科研(4-5w 18～22g)6-7w性成熟6-8w便可交配繁殖

性周期短繁殖力强每胎产仔8～15只最多可达25只年产6～9胎生育期为1年寿命2年左右

小鼠的特性

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

57

近交系

1 C57BL62 BALBc3 C3HHe4 DBA25 CBA

常用品种品系

封闭群1 KM2 NIH3 ICR4 CFW5 LACA

突变系1SCID2NOD-SCID 3裸鼠4侏儒症鼠

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

58

1913年Bagg从美国俄亥俄商人处购得1923年由MacDowell 近亲交配1932年 Snell得到第26代命名为BALBc1979年从

美国NIH引入中国

特性

白化红眼

常用于单克隆抗体研究生产免疫脾细胞和单抗腹水

有一定数量的肺卵巢肾肿瘤和白血病发生

与其它品系相比血压最高常有自发高血压症

对放射线照射极为敏感

老年鼠多有心脏损害伴有动脉硬化

BALBc

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

59

1921年Little从Lathrop维持的原种中选育出52号公鼠和57号母

鼠后代经近亲繁殖得到品系C571975年从日本国立肿瘤研

究所引入中国常用为C57BL6J是继人类之后第二个开始基

因测序的哺乳动物

C57BL6

黑色

广泛用于遗传工程免疫学肿瘤学生理学研究

自发肿瘤发生率低化学物质难以诱发乳腺和卵巢肿瘤

细胞免疫力较高随年龄下降较少补体活性高

对食源性肥胖2型糖尿病动脉硬化高度敏感

迟发型听力丧失

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

60

SCID (severe combined immune deficiency)第16对染色体上的SCID隐性基因突变基因导致TB淋巴细胞联合免疫缺陷

NOD-SCID鼠由SCID与具有NK细胞功能缺陷NODLt品系回交得到TBNK细胞联合免疫缺陷

裸鼠(nude mouse)第11对染色体上的裸基因(nu)导致无毛裸体无胸腺T 细胞功能基本散失

SCID

突变系小鼠

这些小鼠都可以移植人肿瘤细胞而不产生排斥反应广泛用于肿瘤学免疫学研究

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

61

大 鼠

大鼠

Rat Rattus noivegicus脊椎动物门

哺乳纲

啮齿目

鼠科

家鼠属

褐家鼠种

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

62

大鼠的特性

一般特性群居喜啃咬喜黑暗昼伏夜动嗅觉灵敏杂食性动物喜欢吃熟肉对蛋白质维生素氨基酸等营养缺乏敏感VA缺乏时常咬人汗腺不发达体温调节不稳定抗病力强对新环境适应力强但对环境刺激敏感强烈噪音可引起食仔或抽搐肝脏再生能力极强切除70仍能再生用做肝切除肝移植实验

繁殖特性发育快成熟早繁殖力强雄性２月龄雌性25月龄达到性成熟性周期4～5d妊娠期19～23d(平均21d)哺乳期25～28d年产5～8胎每胎产仔6～12只生育期15年初生6g20日离乳成年雄鼠300~400g成年雌鼠250~300g寿命 25~3年

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

63

1 近交系ACI系大鼠F344N大鼠

2 常用封闭群Wistar大鼠（药理学和行为学研究）SD大鼠（药理学和行为学研究）

3 突变系大鼠SHR大鼠(自发性高血压大鼠)裸大鼠癫痫大鼠肥胖症大鼠

大鼠常用品种品系

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

64

豚 鼠豚鼠

Guinea pigCavia porcellus脊椎动物门哺乳纲

啮齿目

豪猪亚目

豚鼠科

豚鼠属

豚鼠种

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

65

主要用途①药物学和药理学研究②传染病研究③免疫学研究④营养学研究⑤耳科学研究⑥出血和血管通透性变化的实验研究⑦豚鼠对缺氧的耐受性强适于作缺氧耐受性和测量耗氧量实验

在生物医学中的应用

长毛豚鼠 短毛三色豚鼠

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

66

家兔

RabbitOryctolagus cuniculus哺乳纲

兔形目

兔科

欧洲穴兔属

穴兔种

家兔变种

家 兔

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

67

主要应用①发热研究及热原试验②免疫学研究生产抗

体 ③心血管疾病及肺心病的研究④生殖生理和胚胎学研

究⑤传染病的研究⑥遗传性疾病和生理代谢失常的研究

⑦眼科学的研究⑧皮肤反应试验

日本大耳白兔 青紫兰兔中国白兔

在生物医学中的应用

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

68

猕猴

Rheus monkeyMacaca mulatta Zimmermann哺乳纲

灵长目

猴科

猕猴属

猕猴

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

69

恒河猴食蟹猴

常见种类

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

70

猕猴的生物学特性与人类极其相似是其它动物无法相比的是医学和生物学研究最重要的动物模型(一)生理学研究脑功能生殖生理神经生理行为学内分泌血型老年学等(二)行为学和神经生物学研究药物诱发的精神病各种抑郁症神经官能症精神分裂症药物引发的刻板型强迫行为的模型

在生物医学中的应用

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

71

(三)传染病学研究

1 几乎可感染人类所有的传染病

2 是制造和鉴定脊髓灰质炎疫苗唯一实验动物

3 其他如肝炎病毒脊髓灰质炎病毒麻疹病毒HIV病毒

SARS病毒B病毒登革热病毒结核杆菌痢疾杆菌等

但要特别注意猴和人之间疾病的传播

(四)药理毒理研究

1在已经研究的化合物中71药物在猴体内代谢和人相似

2猴对麻醉药和毒品的依赖性表现与人类接近

3大多数在生物制品都能在猴体内产生与人类接近的生理反应

在生物医学中的应用

71

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

7272

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

72

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

73

实验动物模型

实验动物模型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

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

74

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

可提供发病率较低的疾病材料

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

建立实验动物模型的意义

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

75

肿瘤动物模型

诱发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型

移植肿瘤模型

肿瘤动物模型是人类肿瘤的复制利用动物模型可以缩短研究时间观察肿瘤发生发展的全过程并可在人为控制条件下进行各种实验研究对肿瘤的发生发展机制预防及治疗的研究有着重要意义

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

76

诱发肿瘤模型使用致癌因素在实验条件下诱发动物发

生肿瘤的动物模型其原理是利用外源性致癌因素引起

细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性形

成肿瘤

外源性致瘤因素主要有

化学物质致癌联安苯烯环烃亚硝酸黄曲毒素

放射性物质致癌放射性同位素

病毒致癌白血病病毒鸡肉瘤病毒SV40病毒

诱发肿瘤模型

优点制作方法简便实验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肿瘤在某些方面有所不同有些人类肿瘤不能用人工方法诱发出来

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

77

自发肿瘤模型自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处置在自然情况下所发生的肿瘤常见于近交系动物

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其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

78

移植肿瘤模型

同种移植肿瘤将动物自发性肿瘤移植到同系或同种动物体内生长和传代

人体肿瘤移植瘤模型(异种移植)将人体肿瘤移植到免疫缺陷动物或经过处理的免疫功能低下的动物体内生产和传代

移植肿瘤的裸鼠

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

79

基因敲除模型

基因敲除(gene knockout)是将某一个基因从动物

的原基因组中去除或用其它无功能的DNA片断取代

然后从整体观察实验动物表型推测相应基因的功能

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

80

同源重组（homologous recombination）是指发生在姐妹染色单体 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合

在基因敲除小鼠制作过程中需要针对目的基因两端特异性片段设计带有相同片段的重组载体将重组载体导入到胚胎干细胞后外源的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组

基本原理-同源重组

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

81

基因敲除是通过基因打靶把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域替换掉这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响而且这个基因没有胚胎致死性（两个LoxP序列位于一条DNA链上且方向相同Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列 ）

基因敲除

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

82

基因敲入小鼠（Knockin）是通过基因打靶把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达

基因敲入（转基因）

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

83

基因编辑

转录激活样效应因子核酸酶

锌指核酸酶

CRISPRCas9

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

84

敲除或插入基因

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

85

Knockout鼠的应用--肿瘤相关的基因敲除

Mrad19 DNA修复相关基因

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

86

猪的细胞表面有一种叫做 ldquo半乳糖基转移酶 rdquo (GGTA1)

的物质而这种物质在灵长类动物包括人的身体中已经

消失

Knockout 鼠的应用--器官移植

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

87

转入人的Ig基因组

免疫动物

人抗体

鼠Ig基因敲除小鼠

Knockout 鼠的应用mdash人源抗体

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

88

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007

Mario R Capecchi Sir Martin J Evans Oliver Smithies

for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of

embryonic stem cells 88

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

8989

一实验动物的定义

二实验动物的分类和分级

三常用实验动物

四实验动物模型

五实验动物的伦理问题

实验动物

89

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

90

实验动物的使用目的

在生命科学和药物开发占动物实验用量的60以上此外消费品测试(包括一些保健品和化妆护肤品)和教育农业社会学方面也会用到一些实验动物

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

91

动物实验的争论

动物权利论者

动物同人类一样有着基本生存需要和高层次的心理需要反

对任何形式的动物实验提倡动物权益

科研工作者ldquo我们不能为了拯救动物的生命而牺牲人的生命rdquo

为了人类自身的健康动物实验还要继续做下去兼顾动物福

利

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

92

动物实验伦理的争论动物权益 (animal right)反对任何形式的屠杀虐待和利用动物包括反对猎杀生产试验囚禁观赏以及使用以动物产品为原料的化妆品服饰等

动物福利(animal welfare)不反对开发利用动物资源不反对动物生产但反对虐待动物特别是在开发利用动物过程中使动物承受不必要的痛苦通过改进生产工艺和改变人们对待动物的态度而减少减轻动物的痛苦

提倡福利的主要目地就是人类在更好的合理的人道的利用动物的同时要兼顾动物的福利即活着要舒服死了不能痛苦

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

93

实验动物五项基本福利 免受饥饿的自由

提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物使动物不受饥渴之苦

生活舒适的自由

提供适当的栖息场所能够舒适地休息和睡眠使动物不受困顿之苦

免受痛苦伤害和疾病的自由

做好防疫预防疾病和给患病动物及时诊治使动物不受疼痛伤病之苦

免受恐惧和不安的自由

保证拥有良好的条件和处置(包括宰杀过程安乐死)使动物不受恐惧和精

神上的痛苦

免受身体不适的自由表达所有自然行为的自由

提供足够的空间适当的设施以及与同类动物伙伴在一起使动物能够由表

达正常的习性

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

94

实验动物福利社会伦理需要

从伦理学的角度看它们应该得到人类的尊重照顾和感谢

科学需要

动物实验伦理也关系到实验结果的科学性可靠性和稳定性

所以实验动物生命的全过程都应当得到良好的照顾保

持实验动物稳定的心理生理状态使科学实验得到理想的

结果

动物实验伦理的重要性

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

Mice Male C57BL6 mice were purchased from the Shanghai Laboratory Animal Center Chinese Academy of Sciences IFN-γ-- and IL-17A-- mice were purchased from the Jackson Laboratory All mice were housed under specific pathogen-free conditions at the School of Life Sciences University of Science and Technology of China (USTC) and were used at 6ndash10 wk of age Animal care and experimental procedures were followed in accordance with the experimental animal guidelines at USTC

NatureFor primary research manuscripts in the Nature journals (Articles Letters Brief Communications Technical Reports) reporting experiments on live vertebrates andor higher invertebrates the corresponding author must confirm that all experiments were performed in accordance with relevant guidelines and regulations The manuscript must include a statement identifying the institutional andor licensing committee approving the experiments including any relevant details

动物伦理是研究成果得到认可的关键ScienceAnimal care of experimental animals must be in accordance with the authorsrsquo institutional guidelines

JEM (2014)

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

96

动物伦理实施的操作规范

实验人员的培训

日常饲养及护理

实验的目的性和必要性

实验遵循3R原则

负责任地和合乎道德得管理和使用动物不进行没必要的疼痛死亡或不安

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

97

Replacement 替代

Reduction 减少

Refinement 优化

动物实验的3R原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

98

ldquo绝对替代rdquo

采用无生命的系统代替动物实验

ldquo相对替代rdquo

离体培养的细胞组织器官等

代替动物

用低等的动物代替哺乳动物和高

等动物

Replacement 替代原则

99

In vitro systemssdot Cell lines

sdot Primary cell cultures

sdot Subcellular fractions

sdot Slices

体外实验 动物实验

环境控制 + -观察多个器官 - +小剂量试剂 + -高通量 + -平行性 + -实验周期 + -实验费用 + -动力学 - +

体外实验

100

计算机模拟

101

影像辅助教学

102

保证实验结果的可靠性与精确度的前提下减少试验的次数和

试验用的动物

较少的实验动物获取充足数据也不能单纯为达到减少动物

使用数量而采取违反科学原则的做法

一体多用 (合作技术培训)

尽量使用高质量动物

动物实验戒律

只能以质量代替数量绝不可以数量代替质量求助于统计学

Reduction 减少原则

103

较少的实验动物获取充足数据

104

在符合科学原则的基础上通过改进条件善待

动物提高动物福利

完善实验程序和改进实验技术避免或减轻给

动物造成的与实验目的无关的疼痛和紧张不安的

科学方法

适时执行安乐死

Refinement 优化原则

105

体重下降消瘦成长期动物未增重

无法有效控制疼痛

过度的肿瘤增长或腹水产生

持续性自残行为

疾病造成全身性脱毛

因实验因素无法治疗的长期下痢

严重呼吸道感染

持续性倦怠伴随粗糙的皮毛拱背腹围扩大四肢无法行走

严重贫血黄疸异常中枢神经反应(抽搐颤抖瘫痪歪头等)无法控制的出血现象排尿异常(无尿多尿等)影响进食饮水的病症

传染性疾病末期明显的功能损伤

动物遭受长期窘迫时的行为及生理现象

helliphelliphelliphellip以上出现两项即可执行安乐死

判断ldquo仁慈终点rdquo执行安乐死

106106

107

铭记实验动物对生物医学事业的贡献

魂归大地

功留人间

107

108108

108

• 幻灯片编号 1
• 幻灯片编号 2
• 幻灯片编号 3
• 幻灯片编号 4
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• 幻灯片编号 7
• 幻灯片编号 8
• AEIR
• 幻灯片编号 10
• 幻灯片编号 11
• 实验动物
• 实验动物
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• 实验动物
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• 幻灯片编号 27
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• 幻灯片编号 30
• 无菌动物形态学特点
• 幻灯片编号 32
• 幻灯片编号 33
• 幻灯片编号 34
• 幻灯片编号 35
• 幻灯片编号 36
• SPF动物特点
• SPF动物的应用
• 幻灯片编号 39
• 清洁级动物特点
• 幻灯片编号 41
• 幻灯片编号 42
• 普通动物特点
• 普通动物的应用
• 实验动物的卫生防疫
• 实验动物
• 幻灯片编号 47
• 小 鼠
• 幻灯片编号 49
• 幻灯片编号 50
• 幻灯片编号 51
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• 幻灯片编号 57
• 幻灯片编号 58
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• 幻灯片编号 60
• 大 鼠
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• 豚 鼠
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• 幻灯片编号 68
• 幻灯片编号 69
• 幻灯片编号 70
• 幻灯片编号 71
• 实验动物
• 幻灯片编号 73
• 建立实验动物模型的意义
• 肿瘤动物模型
• 幻灯片编号 76
• 自发肿瘤模型
• 移植肿瘤模型
• 基因敲除模型
• 幻灯片编号 80
• 幻灯片编号 81
• 幻灯片编号 82
• 幻灯片编号 83
• 幻灯片编号 84
• 幻灯片编号 85
• 幻灯片编号 86
• 幻灯片编号 87
• 幻灯片编号 88
• 实验动物
• 幻灯片编号 90
• 幻灯片编号 91
• 幻灯片编号 92
• 实验动物五项基本福利
• 实验动物福利
• 幻灯片编号 95
• 动物伦理实施的操作规范
• 幻灯片编号 97
• 幻灯片编号 98
• 幻灯片编号 99
• 幻灯片编号 100
• 幻灯片编号 101
• 幻灯片编号 102
• 幻灯片编号 103
• 幻灯片编号 104
• 幻灯片编号 105
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• 幻灯片编号 107
• 幻灯片编号 108
• 幻灯片编号 109
• 幻灯片编号 110
• 幻灯片编号 111
• 幻灯片编号 112
• 幻灯片编号 113

100

计算机模拟

101

影像辅助教学

102

保证实验结果的可靠性与精确度的前提下减少试验的次数和

试验用的动物

较少的实验动物获取充足数据也不能单纯为达到减少动物

使用数量而采取违反科学原则的做法

一体多用 (合作技术培训)

尽量使用高质量动物

动物实验戒律

只能以质量代替数量绝不可以数量代替质量求助于统计学

Reduction 减少原则

103

较少的实验动物获取充足数据

104

在符合科学原则的基础上通过改进条件善待

动物提高动物福利

完善实验程序和改进实验技术避免或减轻给

动物造成的与实验目的无关的疼痛和紧张不安的

科学方法

适时执行安乐死

Refinement 优化原则

105

体重下降消瘦成长期动物未增重

无法有效控制疼痛

过度的肿瘤增长或腹水产生

持续性自残行为

疾病造成全身性脱毛

因实验因素无法治疗的长期下痢

严重呼吸道感染

持续性倦怠伴随粗糙的皮毛拱背腹围扩大四肢无法行走

严重贫血黄疸异常中枢神经反应(抽搐颤抖瘫痪歪头等)无法控制的出血现象排尿异常(无尿多尿等)影响进食饮水的病症

传染性疾病末期明显的功能损伤

动物遭受长期窘迫时的行为及生理现象

helliphelliphelliphellip以上出现两项即可执行安乐死

判断ldquo仁慈终点rdquo执行安乐死

106106

107

铭记实验动物对生物医学事业的贡献

魂归大地

功留人间

107

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• 幻灯片编号 1
• 幻灯片编号 2
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• 幻灯片编号 7
• 幻灯片编号 8
• AEIR
• 幻灯片编号 10
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• 实验动物
• 实验动物
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• 幻灯片编号 32
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• 幻灯片编号 35
• 幻灯片编号 36
• SPF动物特点
• SPF动物的应用
• 幻灯片编号 39
• 清洁级动物特点
• 幻灯片编号 41
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• 普通动物特点
• 普通动物的应用
• 实验动物的卫生防疫
• 实验动物
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• 小 鼠
• 幻灯片编号 49
• 幻灯片编号 50
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• 建立实验动物模型的意义
• 肿瘤动物模型
• 幻灯片编号 76
• 自发肿瘤模型
• 移植肿瘤模型
• 基因敲除模型
• 幻灯片编号 80
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• 实验动物
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• 实验动物五项基本福利
• 实验动物福利
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• 动物伦理实施的操作规范
• 幻灯片编号 97
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• 幻灯片编号 111
• 幻灯片编号 112
• 幻灯片编号 113

101

影像辅助教学

102

保证实验结果的可靠性与精确度的前提下减少试验的次数和

试验用的动物

较少的实验动物获取充足数据也不能单纯为达到减少动物

使用数量而采取违反科学原则的做法

一体多用 (合作技术培训)

尽量使用高质量动物

动物实验戒律

只能以质量代替数量绝不可以数量代替质量求助于统计学

Reduction 减少原则

103

较少的实验动物获取充足数据

104

在符合科学原则的基础上通过改进条件善待

动物提高动物福利

完善实验程序和改进实验技术避免或减轻给

动物造成的与实验目的无关的疼痛和紧张不安的

科学方法

适时执行安乐死

Refinement 优化原则

105

体重下降消瘦成长期动物未增重

无法有效控制疼痛

过度的肿瘤增长或腹水产生

持续性自残行为

疾病造成全身性脱毛

因实验因素无法治疗的长期下痢

严重呼吸道感染

持续性倦怠伴随粗糙的皮毛拱背腹围扩大四肢无法行走

严重贫血黄疸异常中枢神经反应(抽搐颤抖瘫痪歪头等)无法控制的出血现象排尿异常(无尿多尿等)影响进食饮水的病症

传染性疾病末期明显的功能损伤

动物遭受长期窘迫时的行为及生理现象

helliphelliphelliphellip以上出现两项即可执行安乐死

判断ldquo仁慈终点rdquo执行安乐死

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铭记实验动物对生物医学事业的贡献

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• 无菌动物形态学特点
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• 清洁级动物特点
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• 实验动物
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• 小 鼠
• 幻灯片编号 49
• 幻灯片编号 50
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• 幻灯片编号 62
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• 幻灯片编号 65
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• 实验动物
• 幻灯片编号 73
• 建立实验动物模型的意义
• 肿瘤动物模型
• 幻灯片编号 76
• 自发肿瘤模型
• 移植肿瘤模型
• 基因敲除模型
• 幻灯片编号 80
• 幻灯片编号 81
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• 幻灯片编号 83
• 幻灯片编号 84
• 幻灯片编号 85
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• 幻灯片编号 87
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• 实验动物
• 幻灯片编号 90
• 幻灯片编号 91
• 幻灯片编号 92
• 实验动物五项基本福利
• 实验动物福利
• 幻灯片编号 95
• 动物伦理实施的操作规范
• 幻灯片编号 97
• 幻灯片编号 98
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• 幻灯片编号 101
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• 幻灯片编号 111
• 幻灯片编号 112
• 幻灯片编号 113

102

保证实验结果的可靠性与精确度的前提下减少试验的次数和

试验用的动物

较少的实验动物获取充足数据也不能单纯为达到减少动物

使用数量而采取违反科学原则的做法

一体多用 (合作技术培训)

尽量使用高质量动物

动物实验戒律

只能以质量代替数量绝不可以数量代替质量求助于统计学

Reduction 减少原则

103

较少的实验动物获取充足数据

104

在符合科学原则的基础上通过改进条件善待

动物提高动物福利

完善实验程序和改进实验技术避免或减轻给

动物造成的与实验目的无关的疼痛和紧张不安的

科学方法

适时执行安乐死

Refinement 优化原则

105

体重下降消瘦成长期动物未增重

无法有效控制疼痛

过度的肿瘤增长或腹水产生

持续性自残行为

疾病造成全身性脱毛

因实验因素无法治疗的长期下痢

严重呼吸道感染

持续性倦怠伴随粗糙的皮毛拱背腹围扩大四肢无法行走

严重贫血黄疸异常中枢神经反应(抽搐颤抖瘫痪歪头等)无法控制的出血现象排尿异常(无尿多尿等)影响进食饮水的病症

传染性疾病末期明显的功能损伤

动物遭受长期窘迫时的行为及生理现象

helliphelliphelliphellip以上出现两项即可执行安乐死

判断ldquo仁慈终点rdquo执行安乐死

106106

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铭记实验动物对生物医学事业的贡献

魂归大地

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107

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• 实验动物
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• SPF动物特点
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• 幻灯片编号 41
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• 普通动物特点
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• 小 鼠
• 幻灯片编号 49
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• 移植肿瘤模型
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103

较少的实验动物获取充足数据

104

在符合科学原则的基础上通过改进条件善待

动物提高动物福利

完善实验程序和改进实验技术避免或减轻给

动物造成的与实验目的无关的疼痛和紧张不安的

科学方法

适时执行安乐死

Refinement 优化原则

105

体重下降消瘦成长期动物未增重

无法有效控制疼痛

过度的肿瘤增长或腹水产生

持续性自残行为

疾病造成全身性脱毛

因实验因素无法治疗的长期下痢

严重呼吸道感染

持续性倦怠伴随粗糙的皮毛拱背腹围扩大四肢无法行走

严重贫血黄疸异常中枢神经反应(抽搐颤抖瘫痪歪头等)无法控制的出血现象排尿异常(无尿多尿等)影响进食饮水的病症

传染性疾病末期明显的功能损伤

动物遭受长期窘迫时的行为及生理现象

helliphelliphelliphellip以上出现两项即可执行安乐死

判断ldquo仁慈终点rdquo执行安乐死

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107

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魂归大地

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104

在符合科学原则的基础上通过改进条件善待

动物提高动物福利

完善实验程序和改进实验技术避免或减轻给

动物造成的与实验目的无关的疼痛和紧张不安的

科学方法

适时执行安乐死

Refinement 优化原则

105

体重下降消瘦成长期动物未增重

无法有效控制疼痛

过度的肿瘤增长或腹水产生

持续性自残行为

疾病造成全身性脱毛

因实验因素无法治疗的长期下痢

严重呼吸道感染

持续性倦怠伴随粗糙的皮毛拱背腹围扩大四肢无法行走

严重贫血黄疸异常中枢神经反应(抽搐颤抖瘫痪歪头等)无法控制的出血现象排尿异常(无尿多尿等)影响进食饮水的病症

传染性疾病末期明显的功能损伤

动物遭受长期窘迫时的行为及生理现象

helliphelliphelliphellip以上出现两项即可执行安乐死

判断ldquo仁慈终点rdquo执行安乐死

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铭记实验动物对生物医学事业的贡献

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体重下降消瘦成长期动物未增重

无法有效控制疼痛

过度的肿瘤增长或腹水产生

持续性自残行为

疾病造成全身性脱毛

因实验因素无法治疗的长期下痢

严重呼吸道感染

持续性倦怠伴随粗糙的皮毛拱背腹围扩大四肢无法行走

严重贫血黄疸异常中枢神经反应(抽搐颤抖瘫痪歪头等)无法控制的出血现象排尿异常(无尿多尿等)影响进食饮水的病症

传染性疾病末期明显的功能损伤

动物遭受长期窘迫时的行为及生理现象

helliphelliphelliphellip以上出现两项即可执行安乐死

判断ldquo仁慈终点rdquo执行安乐死

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铭记实验动物对生物医学事业的贡献

魂归大地

功留人间

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魂归大地

功留人间

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