实验动物绪论

实验动物学

LaboratoryAnimalScience1

实验动物学教研室孙伟

TEL81870264疾病与健康？十大疑难疾病世界中国莫吉隆斯症恶性肿瘤慢性疲劳综合症脑血管病库贾氏病，也称疯牛病呼吸系统病精神分裂症心脏病自身免疫失调损伤和中毒异食癖消化系统病禽流感内分泌、营养和代谢及免疫疾病普通感冒泌尿、生殖系统病阿兹海默病，即老年痴呆症神经系统病艾滋病围生期病课程简介实验动物绪论（概念、学科发展概况及趋势等）遗传学控制（近交系、封闭群、杂交群的培育、特性及其应用）微生物学控制（普通、清洁、SPF及无菌动物的培育、特性及其应用）环境控制营养控制各种实验动物的特性及其应用动物实验动物实验的设计实验动物的选择动物实验的基本技术和方法人类疾病动物模型的复制第一章绪论

实验动物科学的基本概念实验动物科学的研究内容国内外实验动物科学的现状和发展趋势实验动物管理法规主要参考书与优秀站点

第一节基本概念及基本内容

一、基本概念1．实验动物2．实验用动物3.实验动物学6

7实验动物1、实验动物

(Laboratoryanimals)

定义:是指经人工培育，遗传背景明确，对其质量实行控制，用于科学试验及产品生产的动物。8实验动物的特点

必须经人工培育环境控制营养控制从遗传学角度要求，遗传背景明确，来源清楚。依据其基因纯合的程度，通常划分为近交系（Inbredstrain)封闭群（Closedcolony)杂交群（Hybridcolony)对实验动物携带的微生物、寄生虫实施人工控制。我国将实验动物分为四个等级普通动物（Conventionalanimal，CV）清洁动物（CleanAnimal，CL）无特定病原菌动物（specificpathogenfree，SPF）无菌动物（Germfree，GF）

应用范围明确9定义：凡是以研究、实验、教学、药品生产为目的而使用的动物，统称实验用动物。10实验用动物(animalsforresearchorexperimentalanimals)实验用动物按应用分类

(1)实验动物（LaboratoryAnimals）

如大、小鼠，地鼠，豚鼠等。(2)经济动物（EconomicalAnimals）或称为家畜（禽）

指为人类社会生活需要（肉、乳、蛋、皮毛等）而驯养、培育繁殖生产的动物。如猪、马、牛、羊、鸡、鹅、犬、猫、金鱼等11(3)野生动物（WildAnimals）是指作为人类需要从自然界捕获的未经人工繁殖饲养的动物。如两栖、爬行类（蟾蜍、龟等），鱼类（泥鳅等），无脊椎动物（墨鱼等），鸟类，啮齿类（黑绒仓鼠等），灵长类（猿猴等）。(4)观赏动物（ExhibitingAnimals）是指提供人类观赏而驯养的动物。如观赏犬、猫、宠物鼠等。12实验、野生、经济和观赏动物的区别13

动物人工培育繁殖遗传背景物种来源

微生物、寄生虫用途实验动物严格人工明确明确人工控制科学实验野生动物未经自然不明确不明确自然选择保护或发展经济经济动物一定程度人工一般一般择优劣汰发展经济观赏动物一定程度人工一般一般择优劣汰观赏宠物实验动物的培育14野生动物实验动物家禽家畜3.实验动物学（LAS)定义

实验动物学（Laboratoryanimalscience）是以实验动物为主要对象和研究重点，以服务于动物实验为工作目标和探索方向的一门综合性、应用性学科。概括地讲，实验动物学是研究实验动物和动物实验的一门学科。15

二、实验动物学的研究内容1实验动物生物学2实验动物环境生态学3实验动物遗传学4实验动物营养学5实验动物微生物学与寄生虫学6实验动物医学7比较医学8动物实验方法学9实验动物福利10动物实验伦理学11动物实验替代方法学16包括实验动物生物学（Laboratoryanimalbiology)

是研究实验动物学的基本内容，了解和掌握实验动物学特性是实验动物应用的前提。17

2.实验动物环境生态学（Laboratoryanimalenvironmentalecology）

是研究影响实验动物生存的环境与条件。例如饲养动物的房舍、通风、温度、湿度、光照、噪声、笼具、饲料、饮水以及各种垫料等。18

3.

实验动物遗传育种学（Laboratoryanimalgeneticbreedingscience）是利用遗传调控机理，采用传统的和现代生物技术手段，控制动物的遗传特性，培育新的动物品种品系和各种动物模型，家畜和野生动物的实验动物化。

194.

实验动物营养学（Laboratoryanimalnutriology）

是研究实验动物不同种类、不同等级、不同发育时期、不同生理状态的营养需求、营养摄入、营养物质利用及其相互关系。

205.实验动物微生物学与寄生虫学（Laboratoryanimalmicrobiologyandparasitology）是研究实验动物微生物、寄生虫的特性以及对实验动物的影响和对实验动物从业人员的危害性，探讨预防、检测、净化和治疗实验动物微生物和寄生虫疾病的方法与措施的一门科学。21

6.

实验动物医学（Laboratoryanimalmedicine）

是专门研究和阐明实验动物疾病的诊断、治疗和预防及其在生物医学领域中应用的科学。

227.比较医学（Comparativemedicine）是对动物和人类健康与疾病进行比较，以探讨和阐明人类疾病本质的一门新兴的综合性学科，以实验动物作为替身来研究人类，为保护和增进人类健康服务。

23

8.动物实验方法学（Laboratoryanimaltechniques）是研究动物实验时的各种操作技术和实验方法，包括实验动物的饲养管理技术和各种监测方法。如实验技术和方法、实验设备、各项实验操作规程等。249实验动物福利（AnimalWelfare）是指实验动物在饲养和实验过程中生理和心理上处于健康和舒适的状态。动物享有五大自由不受饥渴的自由生活舒适的自由不受痛苦、伤害和疾病折磨的自由无恐惧和悲伤感的自由表达天性的自由2510动物实验伦理学（animalethics)

是研究动物实验领域，在保证动物实验结果科学、可靠的前提下，如何体现人类的道德伦理价值观念的一门科学。是关于人与动物关系的伦理信念、道德态度和行为规范，探讨的是人类对动物行为的道德判断，研究的是人与动物的关系以及对动物的道德责任，即如何正确地认识、合理地利用、人道地对待和科学地保护动物，关注的是人类对动物的态度和实施的措施，目标不是动物而是人类。2611动物实验替代方法学

3R理论的提出：1954年，动物福利大学联合会CharlesHume教授设立了一项“动物实验仁慈技术的研究计划”。1959年英国动物学家WilliamRussell（右）和微生物学家RexBurch提出，出版<TheprinciplesofHumaneExperimentTechnique>，书中首次提出3R即替代(replacement）、减少（reduction）和优化(refinement）。1978年，DavidSmith,〈AlternativestoAnimalExperiments〉27Replacement:

应用无知觉的材料部分或全部替代有知觉的实验动物进行实验。

1.、生命系统2、非生命系统3、电脑模拟实验动物与动物实验Reduction：通过科学的设计，减少实验中的动物数量

1、使用高质量动物2、改进统计学设计3、使用低等动物Refinement：优化实验程序，以降低对实验动物的不良影响

1、改良仪器设备2、减少对动物的侵扰。3、进一步控制疼痛4、改进保定动物技术28脊髓灰质炎减毒活疫苗的神经毒性试验

缩短检测时间：小鼠试验2周；猴体试验1.5-2个月。

减少灵长类实验动物的使用量；

避免人畜共患病对实验人员的危害。29替代TgPVR21小鼠细菌内毒素法替代家兔法用于热原检测中国药典2000年版2005年版69种药品2种预防类制品7种治疗类生物制品112种药品11种预防类生物制品16种治疗类生物制品30■与2000年版比较，2005年版中应用细菌内毒素法检测热原的品种明显增加■家兔的使用量减少■标准化程度有所提高（制品性质、G+菌LPS）科学研究《关于善待实验动物的指导性意见》31第三章

应用过程中善待实验动物的指导性意见■

优化动物实验程序和技术，在符合科学原则的条件下，应积极开展动物实验替代方法的研究与应用。■处死实验动物时，须按照人道主义原则实施安死术。处死现场，不宜有其他动物在场。确认动物死亡后，方可妥善处置尸体。■在不影响实验结果判定的情况下，应选择“仁慈终点”，避免延长动物承受痛苦的时间。第二节实验动物学的发展概况一、国外发展现状及趋势二、国内发展现状及趋势一、国外现状和趋势1、实验动物质量管理主要依靠市场机制和行业自律

2、实验动物资源建设与共享利用列入长远发展战略性工作

如美国的JacksonLab、日本从1978年开始，设立“肿瘤研究中实验动物的维持与开发”专项，其后在“肿瘤特别研究”、“肿瘤研究的综合推进体系的研究”等专项中设有实验动物专题，连续20多年对实验动物的研究给予支持。

实验动物健康证明美国Jackson实验室2001年投资1.2亿美元用于实验动物设施的改善，保存的动物种类、品系数千个；日本于2000年投资40亿日元在熊本大学建立了动物资源中心（CARD）；日本东京理化所筑波研究所运行费25亿日元/年，2500个小鼠品系欧洲在意大利建立了“欧洲小鼠突变库--EMMA”(6国7方合作)；加拿大创新基金等投资6700万加元，建造36576平方米的“鼠窝”，05年建成，目标是成为世界生物医药的研发中心之一（多伦多基因组中心）

出于动物保护和动物实验成本的考虑，非人灵长类等高等动物的使用受到限制，模式生物、野生动物（如裸鼹鼠）、水生动物实验动物化研究与开发利用则日益受到重视。实验动物生物学特性数据化表达和信息化集成的实现，疾病动物模型制作等的商品化发展，产业化生产和社会化服务水平的提高，最大限度地实现了实验动物资源与相关支撑服务保障资源的共享。

3、实验动物疾病模型和动物替代研究越来越受到重视

近年来，美国、加拿大、欧盟、日本等发达国家已经投入巨额资金，系统开展基因剔除小鼠研究，试图在功能基因组研究和新药靶点的知识产权争夺战中抢先占领制高点。2002年11月7日欧洲议会与欧盟理事会在布鲁塞尔达成协议，决定“从2009年起在欧盟范围内禁止使用动物进行化妆品毒性和过敏实验，2013年禁止使用动物进行化妆品原料的安全性评价，逐步不允许成员国从外国进口和销售进行动物实验的化妆品。”这就在国际范围内将动物替代实验提上议事日程。

4、实验动物支撑体系完善，业务呈现全球化和多样化

特点：分工细化、专业化发达国家在保持核心竞争力的同时，通过外包降低成本，以并购、合作或合资方式，业务呈现全球化和多样化。如CRL、Covance

、ioRad等。以完善的法律作为基础，配合行业国际组织如CLAS、区域组织如FELASA和国家行业机构如CCAC发布实施的文件作为政策和指南，这些文件在发布和实施前通常均经过跨国同行征询建议，具有广泛的影响和认可。AAALAC的认证结果得到美国政府许多部门的认可。国际实验动物评估和认可管理委员会

AAALACInternational(AssociationforAssessmentandAccreditationofLaboratoryAnimalCareInternational)

是一个私营的、非政府组织，设立在美国。是一个权威的评估和认证动物饲养和使用标准的国际机构，它通过自愿评估和认证计划促进在科学领域人道对待动物。38

实验动物笼器具的生产厂家非常多，以Techniplast和llowntown为代表，主营各种实验动物笼器具及配套产品如IVC、洗笼机、消毒器具、垫料分配器，且多为自动化、智能化，如机械臂等。国外实验动物相关配套企业非常多，运输方面除了生产商本身外有专业的运输公司代理，遵循动物福利法运输实验动物。动物质量标准国际实验动物科学理事会（ICLAS）的标准欧洲实验动物联合会（FELASA）推荐方法各个企业都制订有自己的企业标准，具有一定的先进性和认可度

5、实验动物从业人员实行分类分级管理欧洲实验动物从业人员实行职业分类分级管理，一般分为A

实验动物从业人员；B

实验动物实验人员；C

动物实验指导人员；D

实验动物科学专家。

由欧洲实验动物科学学会联盟(FELASA)对实验动物行业相关人员教育和培训实施管理。美国实行人员资格认定和培训，实验动物饲养人员应得到所属机构的适当培训，并且具有其他学科背景。二、国内现状和趋势“九五”期间（1995-2000年）我国实验动物工作的重点是健全法制，促进实验动物的标准化；“十五”期间（2001-2005年）的重点是实验动物种质资源（尤其是我国特有资源）的保存和种源基地的建设；“十一五”期间（2006-2010年）的重点是资源共享和提高自主创新能力。

广西巴马小型猪版纳微型猪树鼩二、国内现状和趋势

---国家“十二五”发展规划重点任务（一）进一步完善法制化管理体系（二）加强资源自主研发、保存和共享（三）加强质量监测与保障体系建设（四）推进创新团队和人才梯队建设动物代谢分析系统小动物CT机（一）进一步完善法制化管理体系法制化管理体系的建设制度层面专家层面监管层面以《条例》的修订为契机，完善和修订其相关配套规章制度充分发挥国家实验动物专家委员会。行建议、咨询调研、监督、培训之职建立国家实验动物行政审批管理信息系统，实时监控全国实验动物生产、销售和使用（一）进一步完善法制化管理体系加强行政审批事项执行力度加强管理力度加强质量管理加强沟通协调在科技计划、成果管理活动中，加强有关实验动物和动物实验条件的前置审查发挥部门、地方的能动性，调动专家的积极性，加强沟通协调，实现联动，发挥合力建立全国实验动物质量普查和质量报告制度，及时掌控全国实验动物质量状况（二）加强资源自主研发、保存和共享1.遗传修饰动物和疾病模型动物资源的研究

以基因组功能、疾病机制、药物创制、生命科学研究的重大需求为导向，以人类重大疾病相关基因为突破点，积极开展国际合作，推进我国实验动物资源和信息库的建设。基因工程大鼠资源的开发成为新的热点在基因组的编码区和人类更接近：大鼠的基因组略小于小鼠，但是编码的基因数和人类基本相当，大鼠和人类的同源基因数和人类更高。大鼠在药物代谢和毒性毒理行为方面和人类更接近基因组比较同源基因数差异基因数小鼠：人类165782822大鼠：人类167971071HumanRatMouse代谢量1110672基因工程大鼠资源的开发成为新的热点大鼠在呼吸系统、循环系统、神经系统，解剖结构等比小鼠更接近人：与小鼠相比，大鼠是高血压，脑卒中模型，心脏病模型，动脉粥样硬化、帕金森、痴呆症病，神经系统肿瘤、酒精和药物成瘾等疾病更好的模型。在认知科学，器官移植，中医药学等方面也有更广泛的用途。生理参数HumanRatMouse心率(次/min)75470600呼吸频率(次/min)1886129血压（mmHg）80-12090-120130-160血小板数（x103/mm3）1988471302血浆中胆固醇酯的脂肪酸组成（C16）15.612.45.0脑容量(g)140020.4皮层面积(cm2)2000126基因工程大鼠资源的开发成为新的热点大鼠在骨质疏松，神经系统肿瘤，分子影像等方面也有更好的表现StrainTotalChina近交系、封闭群和突变系30020转基因大鼠1000<20基因敲除大鼠2000（二）加强资源自主研发、保存和共享1.遗传修饰动物和疾病模型动物资源的研究

基因工程大鼠和重大疾病大鼠模型的研发与评价体系的建立建立系统、稳定的大鼠遗传修饰技术体系，实现转基因与基因敲除大鼠研制的常规化、规模化；建立20-30种组织特异性Cre或Flt大鼠资源；建立80-100种心脑血管疾病、代谢性疾病的大鼠基因工程模型资源。（二）加强资源自主研发、保存和共享1.遗传修饰动物和疾病模型动物资源的研究

重大疾病基因工程小鼠模型研究通过自主建立及国际合作的方式，进一步扩大我国的遗传工程小鼠资源，增加小鼠品系1000种以上；通过表型和功能分析，加大心脑血管疾病、代谢性疾病、神经退行性疾病和恶性肿瘤等疾病小鼠模型的研发（50-60种），研发传染病、药物研发与安全性评价、个性化资料等需要的人源化小鼠资源模型15-20种。（二）加强资源自主研发、保存和共享1.遗传修饰动物和疾病模型动物资源的研究

大型实验动物基因工程技术和模型研究

通过基因工程技术及人工诱变筛选突变体技术加快建立基因工程猪和兔的技术体系，研发和推广30-40种重要基因的基因工程大型实验动物资源；探索经济的非人灵长类动物基因工程技术；优化和规范大型实验动物疾病模型的制备和分析技术，为器官移植、传染病、老年病等医药研究提供多品系和多品种的动物模型资源。（二）加强资源自主研发、保存和共享2.资源动物开发与标准化研究，建立种源基地

建立野生动物（如鼠兔、田鼠、长爪沙鼠、灰鼠、树鼩、大仓鼠等）实验动物化的资源开发与保存基地，开展动物驯化和标准研究。建立水生实验动物种源基地，重点开展斑马鱼、剑尾鱼的标准化研究。（二）加强资源自主研发、保存和共享3.加强国家种子中心的能力建设一是加强现有中心的能力建设，提高保种、育种技术水平，扩大资源保存数量，提升其为科学研究和社会的服务能力。二是紧密围绕重大专项的实施和新兴战略产业发展需求，有计划、有步骤地建设新的种子中心和种源基地，实现学科领域和地域分布合理布局。三是建立资源数据库和信息平台，实现资源开放与共享。（三）加强质量监测与保障体系建设加强实验动物质量监测网络体系建设，大幅度提高检测能力；进一步完善标准、技术规范体系，提升检测技术、检测试剂的自主研发能力和标准化程度；进一步完善监管与保障体系和工作机制，为实验动物资源的标准化、行政许可、依法监管和推广应用提供科学依据和技术支撑。（四）推进创新团队和人才梯队建设123建立全国统一的从业人员培训体系，出版全国统一的上岗培训和分类分级培训教材和习题集；建立从业人员上岗证和分级分类计算机网络考试系统。制定实验动物人才分类、分级标准和培训考核标准及其职业资格认定标准营造有利于高层次创新团队的创新型人才的成长环境，重视国际化的实验动物特殊管理人才培养和储备，推动实验动物专业人才资源的可持续发展。国家科技支撑计划2014年科研条件领域项目重点方向

1.灵长类动物人类重大疾病模型的研究与示范

本方向拟支持1项，国拨经费控制额2500万元。

2.基因工程大鼠模型的研发与示范

本方向拟支持1项，国拨经费控制额3500万元。

国家科技支撑计划2015年度项目申报指南

十一、科研条件（一）实验动物资源开发与应用1.人类疾病动物模型研究以人类多基因复杂疾病研究、新药创制与安全评价为重点,优化TALEN和CRISPR/Cas9等技术，建立基因工程大鼠制备技术尤其是条件性基因敲除大鼠制备技术；建立人类重大疾病包括心脑血管疾病、神经性疾病的基因工程大鼠模型，从而建立基因工程大鼠模型研发、评价与应用服务的技术体系和服务平台，逐步达到国际水平，为生命科学和生物技术的创新能力提高和持续发展提供技术支撑。2.实验动物新资源的开发与标准化3.实验动物质量检测新方法研究上海市2014年度“科技创新行动计划”实验动物研究领域科技支撑项目指南专题一、实验动物资源保存、开发及应用研究

专题二、实验动物质量检测技术与质量控制研究

专题三：动物模型研究、开发和应用

研究目标：围绕人类疾病、新药创制和环境评估等科研需求，研究、开发相应的动物模型，对所建的动物疾病模型进行比较医学分析，并建立动物模型制作的标准化操作规程和技术指标评价体系。本专题优先支持与实验动物专业机构合作研究的项目。

专题四：实验动物福利、替代及相关技术研究

第三节实验动物管理法规一.国外实验动物主要法律法规侧重于动物保护和福利内容的实验动物管理法规 美国《实验动物保护与管理法规》

英国《禁止虐待动物法》

芬兰《动物福利法》《科学研究中动物使用法规》针对实验动物饲养和使用的管理法规 美国《实验动物饲养管理与使用手册》

英国《动物法》

日本《实验动物饲养及保育基本准则》

60二、我国实验动物管理体系和

有关政策法规科技部条财司61

省科技厅条财处各部委科教司

省动管会行业动管会

各单位动管会各单位动管会（一）实验动物工作管理体制（二）实验动物管理组织机构体系（三）实验动物管理法规标准体系（四）实验动物质量保障体系1988年10月31日，经国务院批准了我国第一部《实验动物管理条例》。1988年11月4日，国家科委（现国家科技部）第2号令发布施行。1988年，第7届全国人大通过《中华人民共和国野生动物保护法》。1997年12月，国家科委（现国家科技部）颁布的《实验动物质量管理办法》65（五）国家有关实验动物政策法规1988年10月31日，经国务院批准了我国第一部《实验动物管理条例》。1988年11月4日，国家科委（现国家科技部）第2号令发布施行。国家科学技术委员会(现国家科技部）主管全国实验动物工作。应用实验动物应当根据不同的实验目的，选用相应的合格实验动物。申报科研课题和鉴定科研成果，应当把应用合格实验动物作为基本条件。应用不合格实验动物取得的检定或者安全评价结果无效，所生产的制品不得使用。(第十九条)地方各级实验动物工作的主管部门，对从事实验动物工作的各类人员，应当逐步实行资格认可制度。(第二十七条)国家有关实验动物政策法规661997年12月，国家科委（现国家科技部）、国家技监局文件颁布的《实验动物质量管理办法》全国实行统一的实验动物质量管理制度。(第三条)本办法适用于从事实验动物研究、保种、繁殖、饲养、供应、使用、检测以及动物实验等一切与实验动物有关的领域和单位。(第四条)实验动物生产和使用，实行许可证制度。实验动物生产和使用单位，必须取得许可证。实验动物生产许可证，适用于从事实验动物繁育和商业性经营的单位。实验动物使用许可证，适用于从事动物实验和利用实验动物生产药品、生物制品的单位。(第九条)实验动物质量合格证内容应该包括生产单位、生产许可证编号、动物品种品系、动物质量等级、动物规格、动物数量、最近一次的质量检测日期、质量检测单位、质量负责人签字、（使用单位名称、用途B）等。1998年国家科委颁布了《国家啮齿类实验动物中心引种、供种实施细则》。2001年12月，由国家科技部和解放军总后勤部卫生部等七部局联合颁发《实验动物许可证管理办法(试行)》。2002.5.1全国统一实施许可证制度。（见照片）2003年《实验动物管理条例》新增有关生物安全和动物福利两个章节。2006年，《关于善待实验动物的指导性意见》，是我国第一个关于动物福利和伦理的法规性文件。68实验动物生产、使用许可证69国内实验动物质量合格证国外实验动物质量合格证实验动物生产许可证实验动物国家标准1994年国家技术监督局颁布了《实验动物国家标准》，第二版2001年重新修订，2002年5月1日实施。第三版2008年再次重新修订并于2011年10月1日实施。标准主要集中在微生物，寄生虫，遗传，营养和环境质量的控制方面，尚无病理的国家标准。

《实验动物设施建筑技术规范》GB504472005年6月启动修订2008年12月1日实施。1999年首次颁布了SPF鸡的国家标准，2008进行修订。

我国实验动物标准--常用实验动物标准制定情况标准微生物（病毒、细菌、真菌）寄生虫遗传营