生物医学研究中的动物模型2课件.pptx
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- 生物医学 研究 中的 动物 模型 课件
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1、第九章第九章 生物医学研究中的生物医学研究中的动物模型动物模型第一节第一节动物模型的意义和优越性动物模型的意义和优越性生物医学研究的进展常常依赖于使用生物医学研究的进展常常依赖于使用动物模型作为实验假说和临床假说二者的动物模型作为实验假说和临床假说二者的试验基础。人类各种疾病的发生发展是十试验基础。人类各种疾病的发生发展是十分复杂的,要深入探讨其疾病的发病机理分复杂的,要深入探讨其疾病的发病机理及疗效机理不能也不应该在病人身上进行。及疗效机理不能也不应该在病人身上进行。可以通过对动物各种疾病和生命现象的研可以通过对动物各种疾病和生命现象的研究,进而推用到人类,探索人类生命的奥究,进而推用到人类
2、,探索人类生命的奥秘。秘。人类疾病的动物模型是生物医学科学人类疾病的动物模型是生物医学科学研究中所建立的具有人类疾病模似性表现研究中所建立的具有人类疾病模似性表现的动物实验对象和材料。的动物实验对象和材料。长久以来人们发现,以人本身作为实长久以来人们发现,以人本身作为实验对象来推动医学的发展是困难的,临床验对象来推动医学的发展是困难的,临床所积累的经验不仅在时间和空间上存在着所积累的经验不仅在时间和空间上存在着局限性,许多实验在道义上和方法学上还局限性,许多实验在道义上和方法学上还受到种种限制。而动物模型的吸引力就在受到种种限制。而动物模型的吸引力就在于它克服了这些不足点,其在生物医学研于它克
3、服了这些不足点,其在生物医学研究中所起到的独特作用,正受到越来越多究中所起到的独特作用,正受到越来越多的科技工作者的重视。的科技工作者的重视。动物模型的优越性主要表现在以下几方面:动物模型的优越性主要表现在以下几方面:(一)避免了人体实验所带来的危害:(一)避免了人体实验所带来的危害:临床上对外伤、中毒、肿痛病因等研究临床上对外伤、中毒、肿痛病因等研究是有一定困难的,甚至是不可能的,如急性是有一定困难的,甚至是不可能的,如急性和慢性呼吸系统疾病研究进很难重复环境污和慢性呼吸系统疾病研究进很难重复环境污染的作用。辐射对机体的损伤也不可能在人染的作用。辐射对机体的损伤也不可能在人身上反复实验。而动
4、物可以作为人类的替难身上反复实验。而动物可以作为人类的替难者,在人为设计的实验条件下反复观察和研者,在人为设计的实验条件下反复观察和研究。究。因此,应用动物模型,除了能克服在因此,应用动物模型,除了能克服在人类研究中经常会遇到的伦理和社会限制人类研究中经常会遇到的伦理和社会限制外,还容许采用某些不能应用于人类的方外,还容许采用某些不能应用于人类的方法学途径,甚至为了研究需要可以损伤动法学途径,甚至为了研究需要可以损伤动物组织、器官或处死动物。物组织、器官或处死动物。(二)临床上平时不易见到的疾病可用动(二)临床上平时不易见到的疾病可用动物随时复制出来:物随时复制出来:临床上平时很难收集到放射病
5、、毒气临床上平时很难收集到放射病、毒气中毒、烈性传染病等病人,而实验室可以中毒、烈性传染病等病人,而实验室可以根据研究目的要求随时采用实验性诱发的根据研究目的要求随时采用实验性诱发的方法在动物身上复制出来。方法在动物身上复制出来。(三)可以克服人类某些疾病潜伏期长,(三)可以克服人类某些疾病潜伏期长,病程长和发病率低的缺点:病程长和发病率低的缺点:一般遗传性、免疫性、代谢性和内分一般遗传性、免疫性、代谢性和内分泌等疾病在临床上发病率很低,例如急性泌等疾病在临床上发病率很低,例如急性白血病的发病率较低,研究人员可以有意白血病的发病率较低,研究人员可以有意识地提高其在动物种群的中发生频率,从识地提
6、高其在动物种群的中发生频率,从而推进研究。同样的途径已成功地应用于而推进研究。同样的途径已成功地应用于其他疾病的研究,如血友病、周期性中性其他疾病的研究,如血友病、周期性中性白细胞减少症和自身免疫介导性疾病等。白细胞减少症和自身免疫介导性疾病等。临床上某些疾病潜伏期很长,很难进临床上某些疾病潜伏期很长,很难进行研究,如肿瘤、慢性气管炎、肺心病、行研究,如肿瘤、慢性气管炎、肺心病、高血压等疾病,这些疾病发生发展很缓慢,高血压等疾病,这些疾病发生发展很缓慢,有的可能要几年、十几年、甚至几十年。有的可能要几年、十几年、甚至几十年。有些致病因素需要隔代或者几代才能显示有些致病因素需要隔代或者几代才能显
7、示出来,人类的寿命期相对来说是很长的,出来,人类的寿命期相对来说是很长的,但一个科学家很难有幸进行三代以上的观但一个科学家很难有幸进行三代以上的观察,而许多动物由于生命的周期很短,在察,而许多动物由于生命的周期很短,在实验室观察几十代是容易的,如果使用微实验室观察几十代是容易的,如果使用微生物甚至可以观察几百代。生物甚至可以观察几百代。(四)可以严格控制实验条件,增强实验(四)可以严格控制实验条件,增强实验材料的可比性:材料的可比性:一般说来,临床上很多疾病是十分复一般说来,临床上很多疾病是十分复杂的,各种因素均起作用,患有心脏病的杂的,各种因素均起作用,患有心脏病的病人,可能同时又患有肺脏疾
8、病或肾脏疾病人,可能同时又患有肺脏疾病或肾脏疾病等其他疾病,即使疾病完全相同的病人,病等其他疾病,即使疾病完全相同的病人,因病人的年龄、性别、体质、遗传等各不因病人的年龄、性别、体质、遗传等各不相同,对疾病的发性发展均有影响。相同,对疾病的发性发展均有影响。采用动物来复制疾病模型,可以选择采用动物来复制疾病模型,可以选择相同品种、品系、性别、年龄、体重、活相同品种、品系、性别、年龄、体重、活动性、健康状态、甚至遗传和微生物等方动性、健康状态、甚至遗传和微生物等方面严加控制的各种等级的标准实验动物,面严加控制的各种等级的标准实验动物,用单一的病因作用复制成各种疾病。温度、用单一的病因作用复制成各
9、种疾病。温度、湿度、光照、噪音、饲料等实验条件也可湿度、光照、噪音、饲料等实验条件也可以严格控制。以严格控制。无论营养学、肿瘤学和环境卫生学等无论营养学、肿瘤学和环境卫生学等方面,同一时期内很难在人身上取得一定方面,同一时期内很难在人身上取得一定数量的定性疾病材料。动物模型不仅在群数量的定性疾病材料。动物模型不仅在群体的数量上容易得到满足,而且可以通过体的数量上容易得到满足,而且可以通过投服一定剂量的药物或移植一定数量的肿投服一定剂量的药物或移植一定数量的肿瘤等方式,限定可变性,取得条件一致的瘤等方式,限定可变性,取得条件一致的模型材料。模型材料。(五)可以简化实验操作和样品收集:(五)可以简
10、化实验操作和样品收集:动物模型作为人类疾病的动物模型作为人类疾病的“缩影缩影”,便于研究者按实验目的需要随时采取各种便于研究者按实验目的需要随时采取各种样品,甚至及时处死动物收集样本,这在样品,甚至及时处死动物收集样本,这在临床是难以办到的。实验动物向小型化的临床是难以办到的。实验动物向小型化的发展趋势更有利于实验者的日常管理和实发展趋势更有利于实验者的日常管理和实验操作。验操作。(六)有助于更全面地认识疾病的本质:(六)有助于更全面地认识疾病的本质:临床研究未免带有一定的局限性。临床研究未免带有一定的局限性。已知很多病原体除人以外也能引起多种动已知很多病原体除人以外也能引起多种动物感染,其表
11、现可能各有特点。通过对人物感染,其表现可能各有特点。通过对人畜共患病的比较研究,可以充分认识同一畜共患病的比较研究,可以充分认识同一病原体(或病因)对不同机体带来的各种病原体(或病因)对不同机体带来的各种损害。因此从某种意义上说,可以使研究损害。因此从某种意义上说,可以使研究工作升华到立体的水平来揭示某种疾病的工作升华到立体的水平来揭示某种疾病的本质,从而更有利于解释在人体上所发生本质,从而更有利于解释在人体上所发生的一切病理变化。的一切病理变化。动物疾病模型的另一个富有成效的用动物疾病模型的另一个富有成效的用途,在于能够细致地观察环境或遗传因素途,在于能够细致地观察环境或遗传因素对疾病发生发
12、展的影响,这在临床上是办对疾病发生发展的影响,这在临床上是办不到的,对于全面地认识疾病本质有重要不到的,对于全面地认识疾病本质有重要意义。意义。因此利用动物疾病模型来研究人类疾因此利用动物疾病模型来研究人类疾病,可以克服平时一些不易见到,而且不病,可以克服平时一些不易见到,而且不便于在病人身上进行实验的各种人类疾病便于在病人身上进行实验的各种人类疾病的研究。同时还可克服人类疾病发生发展的研究。同时还可克服人类疾病发生发展缓慢,潜伏期长,发病原因多样,经常伴缓慢,潜伏期长,发病原因多样,经常伴有各种其它疾病等因素的干扰,可以用单有各种其它疾病等因素的干扰,可以用单一的病因,在短时间内复制出典型的
13、动物一的病因,在短时间内复制出典型的动物疾病模型,对于研究人类各种疾病的发生、疾病模型,对于研究人类各种疾病的发生、发展规律和防治疾病疗效的机理等是极为发展规律和防治疾病疗效的机理等是极为重要的手段和工具。重要的手段和工具。第二节第二节 动物模型的分类动物模型的分类一、按产生原因分类一、按产生原因分类(一)自发性动物模型(一)自发性动物模型(Spontaneous Animal Models)是指实验动物未经任何有意识的人工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疾病。包括处置,在自然情况下所发生的疾病。包括突变系的遗传疾病和近交系的肿瘤疾病模突变系的遗传疾病和近交系的肿瘤疾
14、病模型。突变系的遗传疾病很多,可分为代谢型。突变系的遗传疾病很多,可分为代谢性疾病、分子疾病和特种蛋白质合成异常性疾病、分子疾病和特种蛋白质合成异常性疾病。性疾病。如无胸腺裸鼠、肌肉萎缩症小鼠、肥如无胸腺裸鼠、肌肉萎缩症小鼠、肥胖症小鼠、癫痫大鼠、高血压大鼠、无脾胖症小鼠、癫痫大鼠、高血压大鼠、无脾小鼠和青光眼兔等。它们为生物医学研究小鼠和青光眼兔等。它们为生物医学研究提供了许多有价值的动物模型。近交系的提供了许多有价值的动物模型。近交系的肿瘤模型随实验动物种属、品系的不同,肿瘤模型随实验动物种属、品系的不同,其肿瘤的发生类型和发病率有很大差异。其肿瘤的发生类型和发病率有很大差异。很多自发性动
15、物模型在研究人类疾病很多自发性动物模型在研究人类疾病时具有重要的价值,如自发性高血压大鼠,时具有重要的价值,如自发性高血压大鼠,中国地鼠的自发性真性糖尿病,小鼠的各中国地鼠的自发性真性糖尿病,小鼠的各种自发性肿瘤,山羊的家族性甲状腺肿等。种自发性肿瘤,山羊的家族性甲状腺肿等。利用这类动物疾病模型来研究人类疾利用这类动物疾病模型来研究人类疾病的最大优点,就是疾病的发生、发展与病的最大优点,就是疾病的发生、发展与人类相应的疾病很相似,均是在自然条件人类相应的疾病很相似,均是在自然条件下发生的疾病,其应用价值就很高,但是下发生的疾病,其应用价值就很高,但是这类模型来源较困难,不可能大量应用。这类模型
16、来源较困难,不可能大量应用。因此,近年来十分重视对自发的动物疾病因此,近年来十分重视对自发的动物疾病模型的开发,有的学者甚至对狗、猫的疾病进模型的开发,有的学者甚至对狗、猫的疾病进行大规模的普查,以发现自发性疾病的病例,行大规模的普查,以发现自发性疾病的病例,然后通过遗传育种,将这种自发性疾病模型保然后通过遗传育种,将这种自发性疾病模型保持下来,并培育成具有特定遗传性状的突变系,持下来,并培育成具有特定遗传性状的突变系,以供研究。近年来许多动物遗传病的模型就是以供研究。近年来许多动物遗传病的模型就是通过这样的方法建立的。在这方面小鼠和大鼠通过这样的方法建立的。在这方面小鼠和大鼠的各种自发性疾病
17、模型开发和应用得最多。这的各种自发性疾病模型开发和应用得最多。这类模型在遗传病、代谢病、免疫缺陷病、内分类模型在遗传病、代谢病、免疫缺陷病、内分泌疾病和肿瘤等方面的应用正日益增多。泌疾病和肿瘤等方面的应用正日益增多。(二)诱发性或实验性动物模型:(二)诱发性或实验性动物模型:实验性动物模型是指研究者通过使用实验性动物模型是指研究者通过使用物理的、化学的、生物的及复合的致病因物理的、化学的、生物的及复合的致病因素作用于动物,造成动物组织、器官或全素作用于动物,造成动物组织、器官或全身一定的损害,出现某些类似人类疾病时身一定的损害,出现某些类似人类疾病时的功能、代谢或使动物患相应的传染病,的功能、
18、代谢或使动物患相应的传染病,又如用化学致癌剂、放射线、致癌病毒诱又如用化学致癌剂、放射线、致癌病毒诱发动物的肿瘤等。发动物的肿瘤等。诱发性疾病动物模型具有能在短时间诱发性疾病动物模型具有能在短时间内复制出大量疾病模型,并能严格控制各内复制出大量疾病模型,并能严格控制各种条件使复制出的疾病模型适合研究目的种条件使复制出的疾病模型适合研究目的需要等特点,因而为近代医学研究所常用,需要等特点,因而为近代医学研究所常用,特别是药物筛选研究工作所首选。但诱发特别是药物筛选研究工作所首选。但诱发模型和自然产生的疾病模型在某些方面毕模型和自然产生的疾病模型在某些方面毕竟存在一定差异。因此在设计诱发性动物竟存
19、在一定差异。因此在设计诱发性动物模型要尽量克服其不足,发挥其特点。模型要尽量克服其不足,发挥其特点。施新猷主编施新猷主编“医学动物实验方法医学动物实验方法”、郭鹞编郭鹞编“人类疾病的动物模型人类疾病的动物模型”,可供参,可供参考。考。另外也可在一些药理实验方法学专著另外也可在一些药理实验方法学专著中找到,特别是那些容易复制、已经成为中找到,特别是那些容易复制、已经成为定型的(或所谓经典的)模型、可供筛选定型的(或所谓经典的)模型、可供筛选药物之用的动物模型,这类书中均有介绍。药物之用的动物模型,这类书中均有介绍。疾病动物模型的复制方法还可在美国医疾病动物模型的复制方法还可在美国医学索引(学索引
20、(Index MedicusIndex Medicus)中的)中的“动物疾动物疾病模型病模型”(Disease Model,AnimalDisease Model,Animal)主题)主题之下找到。之下找到。必须指出,以上两种动物模型各有其必须指出,以上两种动物模型各有其优缺点。事实上很多疾病可用不同方式获优缺点。事实上很多疾病可用不同方式获得。例如已知有不少自发性肿瘤模型,也得。例如已知有不少自发性肿瘤模型,也可用各种致癌剂诱发产生肿瘤模型。值得可用各种致癌剂诱发产生肿瘤模型。值得注意的是它们在发病机理和疾病内在特征注意的是它们在发病机理和疾病内在特征方面存在着各自的特点。方面存在着各自的特
21、点。(三)抗疾病型动物模型:(三)抗疾病型动物模型:是指特定的疾病不会在某种动物身上是指特定的疾病不会在某种动物身上发生,从而可以用来探讨为何这种动物对发生,从而可以用来探讨为何这种动物对该疾病有天然的抵抗力。如哺乳动物均易该疾病有天然的抵抗力。如哺乳动物均易感染血吸虫病,而居于洞庭湖流域的东方感染血吸虫病,而居于洞庭湖流域的东方田鼠却不能复制血吸虫病,可用来研究血田鼠却不能复制血吸虫病,可用来研究血吸虫病的发病机理和抗病机理研究。吸虫病的发病机理和抗病机理研究。(四)生物医学动物模型:(四)生物医学动物模型:是指利用健康动物生物学特征来提供是指利用健康动物生物学特征来提供人类疾病相似表现的疾
22、病模型。如沙鼠缺人类疾病相似表现的疾病模型。如沙鼠缺乏完整的基底动脉环,左右大脑供血相对乏完整的基底动脉环,左右大脑供血相对独立,是研究中风的理想动物模型;鹿的独立,是研究中风的理想动物模型;鹿的正常红细胞是镰刀形的,多年来,被供作正常红细胞是镰刀形的,多年来,被供作镰刀形红细胞贫血的研究。镰刀形红细胞贫血的研究。但这类动物模型与人类疾病存在着一但这类动物模型与人类疾病存在着一定的差异,研究人员应加以分析比较。定的差异,研究人员应加以分析比较。二、按系统范围分类二、按系统范围分类(一)疾病的基本病理过程动物模型(一)疾病的基本病理过程动物模型这类动物疾病模型是指各种疾病共同这类动物疾病模型是指
23、各种疾病共同性的一些病理变化过程的模型。致病因素性的一些病理变化过程的模型。致病因素在一定条件下作用于动物,使动物组织、在一定条件下作用于动物,使动物组织、器官或全身造成一定病理损伤,出现各种器官或全身造成一定病理损伤,出现各种功能、代谢和形成结构的变化,其中有些功能、代谢和形成结构的变化,其中有些变化是各种疾病都可能发生的,不是各种变化是各种疾病都可能发生的,不是各种疾病所特有的一些变化,如发热、缺氧、疾病所特有的一些变化,如发热、缺氧、水肿、炎症、休克、弥漫性血管内凝血、水肿、炎症、休克、弥漫性血管内凝血、电解质紊乱、酸硷平衡障碍等,我们称之电解质紊乱、酸硷平衡障碍等,我们称之为疾病的基本
24、病理过程。为疾病的基本病理过程。(二)各系统疾病动物模型(二)各系统疾病动物模型是指与人类各系统疾病相应的动物型。是指与人类各系统疾病相应的动物型。如心血管、呼吸、消化、造血、泌尿、生殖、如心血管、呼吸、消化、造血、泌尿、生殖、内分泌、神经、运动等系统疾病模型,还包内分泌、神经、运动等系统疾病模型,还包括各种传染病、寄生虫病、地方病、维生素括各种传染病、寄生虫病、地方病、维生素缺乏病、物理损伤性疾病、职业病和化学中缺乏病、物理损伤性疾病、职业病和化学中毒性疾病的动物模型。毒性疾病的动物模型。三、按模型种类分类三、按模型种类分类疾病模型的种类包括整体动物、离体疾病模型的种类包括整体动物、离体器官
25、和组织、细胞株等。疾病的动物模型器官和组织、细胞株等。疾病的动物模型是常用的疾病模型之一,也是研究人类疾是常用的疾病模型之一,也是研究人类疾病的常用手段。病的常用手段。四、按中医药体系分类:四、按中医药体系分类:根据中医证的分类,动物模型可分为根据中医证的分类,动物模型可分为阴虚、阳虚动物模型、气虚动物模型、血阴虚、阳虚动物模型、气虚动物模型、血虚动物模型、脾虚和肾虚动物模型,厥脱虚动物模型、脾虚和肾虚动物模型,厥脱证动物模型等。证动物模型等。按中医理论分类:人类疾病的动物模按中医理论分类:人类疾病的动物模型包括解表药、清热药、泻下药、祛风湿型包括解表药、清热药、泻下药、祛风湿药、利水渗湿、温
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