动物模型的建立与应用课件

动物模型的建立与应用 动物模型的建立与应用 动物模型的定义动物模型的分类 按照模型功能的分类 按照模型性质的分类 动物疾病模型的分类 诱发性疾病模型 自发性疾病模型 基因工程动物模型 常用模型动物简介 免疫缺陷动物 悉生动物肿瘤动物模型 动物移植性肿瘤 人体肿瘤的异种移植 动物原发性肿瘤 动物模型的建立与应用 动物模型的定义 临床研究束服了医学的发展在时间和空间上存在着局限性在道义上和方法学上受到限制难于研究发病率低 潜伏期长和病程长的疾病病人本身条件差异大 样本采集困难应用动物模型克服了上述困难 推动了医学进步18世纪以后医学知识的迅速增长主要归功于实验动物的应用 从1901年开始 2 3的诺贝尔生理与医学奖的成果涉及应用实验动物的研究 动物模型的建立与应用 动物模型的定义 动物模型 animalmodels 是指在生物医学研究中所建立的可模拟人类疾病或异常功能状态的动物实验对象和材料 TheU S NationalResearchCommitteeonAnimalModelsforResearchonAgingattemptedtodefinetheterm laboratoryanimalmodel as ananimalmodelinwhichnormativebiologyorbehaviorcanbestudied orinwhichaspontaneousorinducedpathologicalprocesscanbeinvestigated andinwhichthephenomenoninoneormorerespectsresemblesthesamephenomenoninhumansorotherspeciesofanimal 在生物医学研究中应用动物模型是利用不同种类动物之间生物学现象的一致性 例如 我们希望测试在一种动物中存在的某个系统 将获得的知识外推到另一种动物 而模拟的目标通常为人类 研究的焦点不是所用动物的情况 而是这一动物生理学表现针对我们人类或其他动物种类的类推 因此 在这种情况下称 人类模型 将会更正确 动物模型的建立与应用 动物模型的定义 动物模型的建立与应用 动物模型的分类 动物模型的分类依据模型功能的分类依据模型性质的分类动物疾病模型的分类 动物模型的建立与应用 动物模型的分类 依据模型的功能 exploratory explanatory predictive探索性模型 用于探究生物学机制 探讨一个生物学机制是一个正常的基础生物学现象还是与异常生物学功能相关 解释性模型 用于探究一个更加复杂或更简单的生物学问题 解释模型不是必须依靠应用动物 也可以是物理或数学的模型系统 预言性模型 用于发现和评价治疗措施的影响 判断治疗措施是否有效或评价某化合物是否有毒副作用 动物模型的建立与应用 动物模型的分类 依据模型的性质 homologous isomorphic partial同源性模型 动物的症状和疾病的过程与人类的相同 同形性模型 动物的症状与人类相似 但其诱因不同 部分性模型 虽然不能模拟人类疾病的全部过程 却可用于研究疾病的某些方面或用于疾病的治疗研究 动物模型的建立与应用 动物模型的分类 动物疾病模型的分类诱发性 实验性 疾病模型Induced experimental diseasemodels自发性 遗传性 疾病模型Spontaneous genetic diseasemodels基因工程动物疾病模型Geneengineeringanimaldiseasemodels阴性疾病模型Negativediseasemodels罕见疾病模型Orphandiseasemodels 动物模型的建立与应用 诱发性疾病模型 诱发性疾病模型 是指动物的疾病是健康动物经实验因素诱发而成 典型例子 药物性糖尿病模型诱发性动脉粥样硬化模型豚鼠支气管痉挛模型 诱发性疾病模型的特点模型复制时间短实验条件便于控制可根据研究需要进行设计或改进 动物模型的建立与应用 诱发性疾病模型 动物模型的建立与应用 诱发性动物模型 特别提示大多数诱发性疾病模型是部分性或同形性模型 因为即使以相同的致病因素作用于动物 所获结果通常与人类对应的疾病也不尽相同 几乎没有诱发性疾病模型能够完全模拟人类相应疾病的病因 病程和病理 诱发性疾病模型的关键是诱发性疾病 或异常 的病理和结果与模拟人类疾病的情况相似 人类SARS冠状病毒可以致恒河猴发病 但是其病变严重程度要明显轻 疾病的结局也显然不同 动物模型的建立与应用 自发性疾病模型 自发性疾病模型 利用动物自然发生的遗传变异 突变 作为人类疾病的模型 现在已经记载和保存了数百个具有模拟人类相似疾病状态的遗传性异常的品种和品系 see e g 典型例子 自发性高血压大鼠裸小鼠 动物模型的建立与应用 自发性疾病模型 自发性疾病模型的特点自发性疾病模型通常是同源性模型 动物的疾病的表型表现与相应的人类疾病相似 这种表型的相似性通常扩展到模型动物对治疗的反应与人类患者相似 自发性动物模型在人类疾病治疗方案的研发方面已经起到重要作用 近交系小鼠的基因突变由于它们同时拥有相应的同类系或同品系 从而提供了优异的对照 因为近交系小鼠的疾病通常为一个受累基因或部位产生了变异 可同时研究与这些突变小鼠相同的遗传背景的参照品系 动物模型的建立与应用 自发性疾病模型 特别提示受损的基因或基因序列常常导致其他基因的激活 从而动员代偿代谢机制 这些代偿机制人类和动物模型之间可能不同 多数情况下 具有自发性疾病的近交系动物的保种和繁殖困难 价格较贵 有些自发性疾病模型不便于应用 例如 利用近交系动物自发性肿瘤模型进行治疗研究 常常要观察1年才有肿瘤发生 而且肿瘤发生的时间 种类和发生部位在个体之间常不一致 往往难于确诊和判定治疗效果 动物模型的建立与应用 基因工程动物模型 基因工程动物 指某些遗传性状通过基因工程手段而被人为改造的动物 以对动物改造的手段不同可将其分为三种类型 转基因动物 transgenicanimal 基因敲除动物 geneknock outanimal 基因替换动物 geneknock inanimal 转基因动物 通过实验手段将新的遗传物质导入到动物胚胎细胞中 并能稳定遗传 由此获得的动物称为转基因动物 基因敲除动物 通过基因工程手段将已知基因去除 或用其他顺序相近基因取代 而获得的工程化动物 通常针对一个结构已知但功能未知的基因 通过观察基因敲除动物的情况 推测相应基因的功能 基因替换动物 与某个生理现象相关的两个基因中 一个基因的编码区被另一个基因的编码区所替代的工程化小鼠 动物模型的建立与应用 基因工程动物模型 动物模型的建立与应用 基因工程动物模型 基因工程动物模型的特点可按照研究目的进行设计和培育 其建立过程的本身就可进行疾病机制的研究 不但能从动物整体水平和组织器官水平上进行研究 而且还可以深入到细胞水平和分子水平 为发病机制 药物筛选和临床医学研究提供了比较理想的实验体系 转基因动物技术克服了物种之间的生殖隔离 实现了动物物种之间遗传物质的交换和重组 动物模型的建立与应用 基因工程动物模型 特别提示从理论上讲 随着遗传工程的发展 已有可能在体外培育的哺乳动物细胞中对任何一个或几个已知基因组结构和DNA序列的位点进行各种类型的遗传修饰 基因调控机制十分复杂 目前基因工程动物模型提供的信息还很局限 例如 利用转基因小鼠的研究证实除了单一的癌基因可以引起肿瘤外 癌基因之间的协同作用也可能导致肿瘤的发生 即导入一个癌基因可能会激活另一个癌基因 从而导致了特异性肿瘤的发生 阴性疾病模型Negativediseasemodels阴性疾病模型是指某一种类 品种或品系动物不发生某一疾病 例如 感染性疾病模型通常局限于有限的敏感动物 而其余的不反应动物种类可看作是这一特殊人类病原微生物的阴性模型 阴性模型因此也包括表现对特定刺激缺乏反应的动物 这类模型主要应用于探讨动物生理上对致病因素进行抵抗的机制 动物模型的建立与应用 阴性疾病模型 动物模型的建立与应用 罕见疾病模型 罕见疾病模型Orphandiseasemodels罕见疾病模型是指自然发生于动物体内的异常 以前在人类尚未发现 当人类出现相似的疾病后被确定为模型 包括 马立克氏病 Marek sdisease 多发性乳头瘤 Papillomatosis 牛海绵状脑病 bovinespongiformencephalopathy 绵羊脱髓鞘性脑白质炎 Visnavirusinsheep 和猫白血病病毒感染 felineleukemiavirus 动物模型的建立与应用 动物实验结果的外推 从动物到人类的外推对动物实验结果不加批判地应用是危险的 在动物体内无毒或无效的药物在人类体内可能有毒或有效 反之亦然 人类在遗传上是高度变异的 同时伴随着文化 饮食和环境的差异 很多实验动物在遗传变异性上与人类不同 尤其对于药理学和毒理学模型可成为重要因素 动物模型的建立与应用 常用模型动物简介 常用模型动物简介免疫缺陷动物 immunodeficientanimal 指由于先天遗传突变或用人工方法造成免疫系统某种或多种成份缺陷的动物 悉生动物 gnotobioticanimal 体内带有确知的微生物的动物 为将已知微生物投入无菌动物体内形成 动物模型的建立与应用 免疫缺陷动物 免疫缺陷动物分类先天性免疫缺陷动物 T淋巴细胞免疫缺陷 B淋巴细胞免疫缺陷 NK细胞免疫缺陷 联合免疫缺陷获得性免疫缺陷动物 黑猩猩HIV感染 有蹄动物慢病毒感染 猴AIDS 猫FeLV病毒感染 小鼠AIDS模型 动物模型的建立与应用 免疫缺陷动物 裸小鼠 nudemice 裸体 nude 无胸腺 athymus 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 6 8week 较普通小鼠有较高水平的NK细胞活性 但幼鼠 3 4week 的NK细胞活性低下 采用屏障环境或隔离器饲养 生产上一般采用纯合型雄鼠与杂合型雌鼠交配 可获1 2纯合型仔代 动物模型的建立与应用 免疫缺陷动物 SCID小鼠 severecombinedimmunedeficiency SCID小鼠T淋巴细胞和B淋巴细胞大大减少 细胞和体液免疫功能均缺陷 但巨噬细胞和NK细胞功能未受影响 SCID小鼠极易死于感染 因而必须饲养在屏障环境或隔离器内 两性均可生育 寿命可达1年以上 广泛应用于免疫细胞分化和功能 异种免疫功能重建 人单抗生产 人类自身免疫性疾病及免疫缺陷性疾病 病毒学及肿瘤学等方面的研究 动物模型的建立与应用 免疫缺陷动物 CBA N小鼠B淋巴细胞功能减退 为X 链隐性突变系 基因符号xid 纯和型雌鼠 xid xid 和杂和型雄鼠 xid y 对II型抗原 非胸腺依赖性抗原 葡聚糖 肺炎球菌脂多糖以及双链DNA等 没有反应 对胸腺依赖性抗原缺乏抗体反应 血清中IgG3 IgM低下 T淋巴细胞功能正常 是研究B淋巴细胞发生 功能与异质性的理想模型 动物模型的建立与应用 悉生动物 悉生动物学是专门研究实验动物在生产与应用过程中的生物控制 研究寄生体对实验动物宿主的生物学特征 生产繁殖和科学实验的影响 以及悉生动物在生命科学研究中的应用等 它是从实验动物学中新崛起的一个学科 1945年 Reyniers等率先人工培育繁殖无菌大鼠获得成功 此后 相继有人工培育成功无菌鸡 小鼠 豚鼠 兔 猪 马 牛等的报道 二十世纪80年代初 我国实验动物工作者开始涉足悉生动物学技术领域 相继自行培育出无菌大鼠 豚鼠 金黄地鼠 兔和犬等动物 在某些领域达到国际先进水平 二十世纪六十年代开始 由对无菌动物的人工培育 保持及其生物学特性的研究 逐步转向以无菌动物为模型的医学研究 特别是在免疫学 微生态学方面起到开创性作用 动物模型的建立与应用 悉生动物 无菌动物的生物学特征普通动物长期与寄生体相互作用 成为生物复合体 并形成自身的生物学特性 排除了寄生体作用的无菌动物 其生物学特性又与普通动物形成明显差别 寿命比普通动物延长近1 3 产子数少 而成活率高 肠壁薄 肌层欠发达 肠绒毛稀疏 粘膜固有层网状内皮细胞稀少 肠壁组织胺含量低 肠蠕动弱缓 易患肠套叠 盲肠巨大 动物模型的建立与应用 悉生动物 无菌动物的生物学特征胸腺 脾脏和淋巴结重量轻 淋巴小结界限不明显 生发中心不发达 淋巴细胞稀少 血液白细胞总数 球蛋白 溶菌酶 嗜中性粒白细胞 CO2分压均低于普通动物 而O2分压却较高 心脏较小 心血输出量明显低 耗氧量低 肺泡和微血管壁薄 抗辐射能力强 无肠道菌辐射损伤后的影响 动物模型的建立与应用 悉生动物 动物模型的建立与应用 肿瘤动物模型 肿瘤动物模型实验肿瘤学的创立已有近百年的历史 实验动物肿瘤模型在肿瘤的病因学 发病机理 实验治疗和新抗癌药物的研究中发挥了重要作用 实验动物的肿瘤模型可以概括地分为以下三类 动物移植性肿瘤人体肿瘤的异种移植原位发生的动物肿瘤 动物模型的建立与应用 动物移植性肿瘤 移植性肿瘤的研究最早见于1889年 至今已建立500多个动物移植性肿瘤的瘤株 但常用的只有40余种 国内常用的有10余种 目前临床上所用的抗肿瘤药物中 大多数是经动物移植性肿瘤治疗试验而筛选出来的 所有在临床上对人体肿瘤有抑制作用的物质 对动物移植性肿瘤均有作用 反之 在动物移植性肿瘤上得到的结果 经常做为药物临床试验的基础 动物模型的建立与应用 动物移植性肿瘤 常用动物移植性肿瘤肿瘤名称代号宿主取瘤时间 d 接种量 ml 艾氏腹水癌EACKM小鼠或6 90 2 1 1 4 其他小白鼠肉瘤180S180同上同上0 2 1 3 4 或瘤块 直径2 3mm 肝癌H22H22同上7 11同上Lewis肺癌LewisC57BL 6小鼠10 140 2 1 1 3 或瘤块 直径2 3mm 动物模型的建立与应用 动物移植性肿瘤 常用动物移植性肿瘤 续 肿瘤名称代号宿主取瘤时间 d 接种量 ml 黑色素瘤16B16C57BL 6小鼠15 200 2 1 1 3 或瘤块 直径2 3mm 白血病615L615615小鼠6 70 1 0 2白血病388P388DBA 2小鼠6 80 2 1 3 4 白血病1210L1210同上同上同上瓦克氏肉瘤W256Wistar大鼠或同上0 2 0 5 1 3 256其他大白鼠 动物模型的建立与应用 动物移植性肿瘤 动物移植性肿瘤的特点模型复制简便 接种成活率