课件：人类疾病动物模型.ppt

1,人类疾病的动物模型 （Animal model of human disease）,概念、意义、设计原则 人类疾病动物模型的分类 影响动物模型的因素 理想动物模型的标准,2,主要内容,Definition,为生物医学科学研究而建立的，具有人类疾病模拟性表现的动物试验对象和相关资料。 人类疾病动物模型的研究是实验动物科学的重要组成部分。 研究者通过各种干预方法的使用，诱导实验动物产生某些类似于人类疾病的临床表现、病理特征和发生、发展规律；并在模型动物身上获取研究所需的各种疾病材料，在整体、细胞和分子水平上进行体内外实验研究，以获得对相关人类疾病的预期实验结果，最终将这些结果用于人类疾病的诊断、预防和治疗。,3,鉴于资源和社会伦理方面的限制，与人类疾病相关的许多基础研究工作，尤其是发育生物学领域的研究无法或难以利用人体组织材料进行。由于进化的原因，细胞生命在发育的基本模式方面具有相当大的同一性，所以利用位于生物复杂性阶梯较低级位置上的物种来研究发育共同规律是可能的。因为这些生物的细胞数量更少，分布相对单一，变化也较好观察，而对这些生物的研究有助于人们理解生命世界的一般规律，所以它们被称为“模式生物”。,4,模 式 生 物,利用果蝇、线虫、斑马鱼、小鼠等模式动物建立的疾病模型具有重大理论和运用价值。一方面，通过动物模型研究对基因功能和遗传方式的分析已经成为推动了生命科学重大理论成果的主要动力。例如，果蝇的突变表型分析和小鼠相关基因功能研究直接导致了多细胞生物发育理论的基本框架的建立。,5,另一方面，动物模型，特别是小鼠的疾病模型的深入研究将为生物医药技术产业带来了巨大商机。几乎所有新产生的小鼠模型，特别是心血管、代谢疾病及老年病等严重危害人类健康的重大疾病的动物模型都被申请了专利。,6,使用人类疾病动物模型的意义,(一）避免对人体造成危害。如外伤、中毒、肿瘤和辐射病等； (二）有助于更全面地认识疾病本质。应用动物模型可以随时复制的特点，得到平时临床上不易见到的疾病。放射病、毒气中毒、烈性传染病、战伤、人畜共患病等。,7,使用人类疾病动物模型的意义,(三）样品易得，分析简化。用动物提供的模型可以克服人类某些疾病的潜伏期长，病程长和发病率低的缺点。 潜伏期长的疾病：肿瘤、慢性气管炎、动脉粥样硬化、遗传病等。 发病率低：免疫性、代谢性、内分泌和血液病等。 收集动物疾病模型的样品不受时间和条件的限制，可根据实验需要随时采集。,8,(四）可以严格控制实验条件，增加方法学上的可比性。 临床上疾病较复杂，影响因素多，如：患者身患多种疾病、病人的年龄、性别、体重、遗传、生活地区和规律，营养状况等各不相同。 动物复制的疾病模型，可以选择相同品种、品系、性别、年龄、体重，以及相同的质量控制和饲养条件等。,9,疾病动物模型的设计原则,相似性 重复性 可靠性 适用性 可控性 易行性,10,人类疾病动物模型应尽可能地相似于人类疾病，最好是动物自发性的疾病。 如：大鼠的自发性高血压。 复制诱发性动物模型时，首先应注意动物的选择；其次在复制模型方法上不断探索改进；另外，在观察指标等方面都应加以周密的设计。,11,相似性,理想的动物模型应该是标准化的、可以重复再现的。 保证动物模型具有再现性的措施： 1、选用标准化的实验动物 2、选用标准化的实验设施 3、保证复制因素的一致性,12,重复性,复制的动物模型应可靠地反映人类疾病，即可特异地反映该种疾病或某种机能、代谢、结构的变化，同时具备疾病的主要症状和体征，并且不能出现另外的自发性的病变。,13,可靠性,复制动物疾病模型应尽量考虑在今后临床上的应用和便于控制其疾病的发展，以便于开展研究工作。 如：雌激素终止大、小鼠早期妊娠的模型无适用性。,14,适用性和可控性,有些动物对某致病因子特别敏感，极易死亡。 动物+制模因子=结果散发或死亡 无法控制模型的发展方向和速度，无价值。,15,适用性和可控性,复制动物模型应尽量做到方法简单、容易，合乎经济的原则。,16,易行性和经济性,18,人类疾病动物模型分类,（一）按产生原因分类,自发性疾病动物模型,诱发性疾病动物模型,抗疾病性动物模型,生物医学动物模型,诱发性疾病动物模型 （experimental animal model）,是指实验者使用物理的、化学的和生物的致病因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的功能、代谢障碍或形态结构方面的改变。 是目前应用最为广泛的一类动物模型。,19,物理因素：机械损伤、放射线损伤、气压、手术、冻伤、烧伤等。 化学因素：化学致癌剂、化学毒物中毒、强酸强碱烧伤、某种有机成分的增加或减少导致营养物质过剩或缺乏等。 生物因素：细菌、病毒、寄生虫、生物毒素等 。 手术因素：以手术方法为主，以其他方法为辅。 复合因素：此类模型与临床上的人体疾病更为接近。,20,诱发性疾病动物模型-诱发因素,优点：制作方法简单，能在短时间内复制出大量疾病模型，实验条件单纯且容易控制，重复性好。 缺点：受人为的主观因素影响较大，非实验因素干扰较多，可比性较差，和自然产生的疾病模型在某些方面存在一定差异。,如：大鼠僵住症、中风动物模型,诱发性疾病动物模型,用DA受体阻滞剂诱导，使动物DA系统功能减弱，从而引起锥体外系活动功能失常的一种表现。 正常情况下，纹状体内的两种神经递质DA和Ach处于动态平衡的状态，僵住症时由于DA受体阻滞剂抑制了DA受体，使多巴胺能神经功能减弱，胆碱能神经失去抑制，功能相对增强，从而失去原有的平衡控制。 僵住症模型主要用于研究DA神经功能失调引起的疾病，从不同水平上研究DA受体阻滞剂或激动剂的作用，以及探讨某些药物的作用机理。,22,大鼠僵住症 多巴胺受体阻滞剂诱导法,腹腔注射氟哌啶醇1.0 mg/Kg，610 min 后即可观察到诱发的僵住症。,23,24,僵住症行为描述记分法,术后观察-行为学检查方法,将大鼠提尾垂吊片刻，观察大鼠前肢触地情况。正常大鼠在提尾垂吊时, 双前肢能伸直触地。如果大鼠有运动障碍，双前肢则不能或不对称触地。此外，还应观察大鼠身体平衡和行走情况。,1. 提鼠尾，观察前肢情况。正常大鼠两前肢对称地伸向地面，若右前肢内收、右肩内旋者4/0分； 2.将大鼠置光滑平面，推左肩向右移动，发现阻力下降者，根据下降程度的不同，评分为13分； 3.正常大鼠两前肢张力明显且对称，若右前肢肌张力下降者，根据下降程度的轻重评为0-3分。,术后行为学评分指标：,形态学检查的方法,常用墨汁灌注法检查。为了观察大鼠脑缺血区范围和血管分布情况，给实验大鼠 ip 大剂量水合氯醛, 在动物深度麻醉后，开胸进行心内灌注：先用温生理盐水 200ml 灌注，冲洗血管，再用温 2.5% 明胶、10% 福尔马林、15% 中国墨汁和蒸馏水混合液灌注固定, 观察整个鼠脑的外貌并照像绘图。脑组织在滑动式冰冻切片机上做额状面连续切片，切片厚 200m，经裱片、脱水、透明后，用 DPX 封片，光学显微镜下观察并照像绘图。部分大鼠脑进行常规 Nissle 和 HE 染色，观察缺血后脑组织的形态学改变。,是指实验动物未经任何有意识的人工处置，在自然情况下动物自然产生、或由于基因突变而出现的类似人类疾病的模型。包括人工培育的突变系和近交系的各种疾病模型。 如：无胸腺裸鼠、高血压大鼠、肥胖症小鼠、糖尿病大鼠等。,28,自发性动物模型 （spontaneous animal model ）,29,优点：完全在自然条件下发生的疾病，排除了人为的因素，疾病的发生、发展与人类相应的疾病更相似，其应用价值很高。 缺点：来源困难，种类有限，价格昂贵，饲养条件要求高，需要一定的时间，操作技术性强，尚不能普遍应用。,自发性动物模型,第11对染色体基因突变（隐性突变） 无毛以及胸腺缺陷 缺乏成熟T细胞的辅助、抑制及杀伤功能，因而细胞免疫力低下。B淋巴细胞正常，但功能不完善。 成年裸小鼠（68week）较普通小鼠有较高水平的NK细胞活性，但幼鼠（34week）的NK细胞活性低下。 SPF环境,生产上一般采用纯合型雄鼠与杂合型雌鼠交配。,自发性动物模型-裸小鼠（Nude Mice）,裸小鼠的应用： 广泛应用于肿瘤学、微生物学、免疫学、寄生虫学、毒理学等基础医学和临床医学研究中。 品系：BALB/c-nu、NIH-nu、C3H-nu、C57BL/6-nu,自发性动物模型-裸小鼠（Nude Mice）,基因符号为rnu，具有与裸小鼠基本相似的特征，无胸腺，缺乏功能性T细胞，B细胞功能基本正常； 基本无毛，但头部和四肢少量毛，皮肤呈白，黑或黑白相间； 优点：具有移植肿瘤大，取血量多，可行某些外科小手术等优点。 缺点：维持经费比裸SPF小鼠更高。,自发性动物模型-裸大鼠（Nude Rat）,为广泛应用的2型糖尿病动物模型，由瘦素受体的自发性突变引起，在34周明显肥胖，48周出现高糖血症，并表现出多食、消渴、多尿的典型糖尿病临床表现，也表现出心肌病、周围神经病变、糖尿病肾病、糖尿病视网膜病变、伤口愈合迟滞等糖尿病的并发症。 db/db小鼠的体重在10周时可达野 生小鼠的23倍，但身长比野生型 短5%，并有高胆固醇血症和高甘油 三酯血症。 表现型为年龄时血糖浓度平均 31.3mmol/L，雌鼠无生殖能力。 常见品系有:C57BL/ksJ-db。,自发性动物模型- dbdb小鼠,肥胖症小鼠。肥胖小鼠 体重可达克，无生育 能力表现为单纯肥胖而 无糖尿病。 与人类肥胖很相似。利用obob小鼠可以进行许多肥胖症的生理、生化、激素及药物治疗等研究。常见品系有:C57BL/6J-ob。 fafa小鼠，肥胖，同时伴随有糖尿病，受孕率较低。,自发性动物模型- obob小鼠,抗疾病性动物模型 Negative animal model,利用特定的疾病不会在某种动物身上发生的特点，借以探讨为何某种动物对某疾病有天然的抵抗力。 如：哺乳类动物均感染血吸虫病，而用洞庭湖流域的东方地鼠却不能复制血吸虫病，因而可将其用于血吸虫感染和抗病的研究。,35,生物医学动物模型 Biomedical animal model,利用动物的生物学特征来提供与人类疾病相似的疾病模型。 如：家兔甲状旁腺分布比较分散，位置不固定，摘除甲状腺不影响甲状旁腺的功能，是摘除甲状腺实验较理想的模型动物；沙鼠缺乏完整的基底动脉环，左右大脑供血相对独立，是研究中风的良好模型。,36,37,38,（二）按系统范围分类,疾病基本病理过程动物模型,各系统疾病动物模型,中医症候动物模型,各系统疾病动物模型,疾病基本病理过程动物模型,是指致病因素在一定条件下作用于动物后，动物表现出的功能、代谢和形态结构方面等共同性病理改变的动物模型。如发热、缺氧、水肿、休克、电解质紊乱、酸碱平衡失调等。这类动物模型是研究疾病机理和进行药物筛选时理想的选择。,39,各系统疾病动物模型,是指在解剖组织学各分类系统方面与人类相对应的动物模型，如神经、心血管、呼吸、消化、泌尿、造血、内分泌、生殖、运动等系统疾病相应的动物模型。这种分类多见于学术专著及其他专业工具书，有利于使用者检索和参考。 还包括各种传染病、寄生虫病、地方病、职业病、化学中毒性疾病等。,40,41,中医症候动物模型,用各种方法在实验动物身上复制出临床上人体不同症候的一类动物模型。 以我国中医学的独特理论体系“辨证论治”为理论基础，以中医、针灸、应激、养生等为制备方式，以舌、脉、汗、神、色等为观测指标，以证、病、症等为评价指标，具有中国特色的一类中药的人类疾病动物模型。 严格意义上来说是属于用中西医结合的方式建立，采用中医药理论体系评价的一类动物模型。,42,（三）按模型种类分类,整体动物模型,各系统疾病动物模型,分子动物模型,组织细胞动物模型,致病因素的剂量及在相关动物上的反应影响动物模型的复制。 熟悉相应人类疾病的临床症状和发病机制，清楚致病因素给动物造成的临床症状以及该症状与人类相应疾病的关系，合理选择致病因素。 因此造模时应注意： 1、致病因素的选择 2、致病因素的剂量 3、致病因素与模型的相关信息,44,（一）致病因素对动物模型复制的影响,（二）动物因素对动物模型复制的影响,1、 动物种类的影响 2、 动物品系的影响 3、 年龄和体重的影响 4、 性别因素的影响 5、 生理状态和健康因素影响,45,动物种类的影响：,不同种属的动物具有不同的特点，动物种类选择不当将影响动物模型的复制。 如：,46,动物品系的影响:,同种属不同品系的动物对致模因素的反应不一致。 如：,47,年龄和体重的影响:,不同种属动物的寿命差异较大，解剖生理特征和反应随年龄而明显变化，一般幼龄动物比成年动物敏感，应根据实验要求，选择相应年龄的动物复制模型（健康动物年龄与体重有相关性）。,48,性别因素的影响:,同种属、同品系，不同性别的动物， 对某些反应不一致。 如：,49,生理状态和健康因素影响:,动物处在不同的生理状态和不同的健康状况对致模因素的反应差异很大。 如：肝功能衰竭动物模型，不能选用患严重球虫病的家兔，因球虫病影响肝功能。,50,(三) 实验技术因素对动物模型 复制的影响,1、实验季节 不同季节，动物对某些反应可能不一致，对跨季节的动物模型实验可能产生影响。 如：,51,2、昼夜不同的影响,实验动物的体温、血糖、基础代谢率、内分泌等随昼夜的不同呈有节律的变化，在复制模型时要注意昼夜不同对模型的影响。,52,3、麻醉深度的影响,不同的麻醉药、剂量对动物麻醉效果有差异，这种差异会影响模型的复制。 如：,53,4、手术技巧的影响 手术熟练，将减少对动物的刺激、损伤和出血，能提高模型的成功率。 5、实验给药的影响 给药途径、剂量和熟练程度不同会对造模产生影响。 6、对照组对造模的影响 对照在造模实验中十分重要，是检测模型是否成功的重要手段。,54,注意环境因素对模型动物的影响,复制模型的成败往往与环境的改变有密切关系。拥挤、饮食改变、过度光照、噪音、屏障系统的破坏等，任何一项被忽视都可能给模型动物带来严重影响。除此以外，复制过程中固定、出血、麻醉、手术、药物和并发症等处理不当，同样会产生难以估量的恶果。因此，要求尽可能使模型动物处于最小的变动和最少的干扰之中。,55,深入了解遗传性疾病动物模型的特点，不然会导致不能控制的因素进入实验,例如：自发性糖尿病大鼠(BB、Wistar)除具有人的糖尿病临床特征外，还伴有多种病理变化（外周神经系统严重病变、睾丸萎缩、甲状腺炎、胃溃疡、恶性淋巴瘤等），这些疾病会影响对糖尿病的实验研究，因此要有目的地选择。,56,57,不能盲目地使用近交系动物,半个世纪以来，近交系的开发不断提供着新的动物模型材料，大、小鼠疾病作为模型在医学使用量已高达7090%。利用近交系作动物模型时还必须认识到： 1.动物形成亚系后不应该再视为同一品系，要充分了解新品系的特征和背景材料。 2.即使作为已形成模型的品系，由于不适当的育种方法和环境改变，还可发生新的基因突变和遗传漂变，即存在着变种甚至断种的危险。 3.国外经常取用二种近交系的杂交一代（F1）作为模型。其个体之间均一性好，对实验的耐受性强，又多少克服了近交系的缺点。 4.封闭群动物遗传的杂合性与人有共同之处，且生活力强，繁殖率高，抗病力强，可以大量生产，对反应性具有相当稳定的特点,也可选用。,动物进化的高级程度并不意味着所有器官和功能接近于