实验动物学的应用及其广阔前景

摘要：本文阐述了实验动物学基本概况，以及选择要求。通过举例、对比等方法来说明目前中西差距以及目前我国发展现状，并介绍实验动物学国内下一步发展的方向及发展前景。关键词：实验动物、应用、选择、正文：在我们谈及应用和前景之前，我们首先要了解什么是实验动物学。实验动物学是一门研究有关实验动物和动物实验的新兴学科。具体来讲，这门学科是专门研究实验动物的生物学特性、饲养繁殖、遗传育种、质量控制、疾病防治、开发应用和进行科学实验的一门具有自身理论体系的新兴边缘学科。因此本文的主要内容大致分为四部分：实验动物学概论、实验动物的选择、实验动物的应用以及目前我国实验动物学的发展现状。一、实验动物概论实验动物学是一门交叉学科，它的研究内容极其丰富、范围极其广泛，其中不仅要以生物医学、药学、畜牧医学为主要研究对象，而且还以实验动物遗传学、微生物学等等为研究基础，同时还要对实验动物的环境生态学、建筑学进行开发和研究。目前，实验动物学已经形成了完整的理论体系并派生出来有关分支学科。实验动物学在生物医学的发展中起着极其重要的作用，首先实验动物是现代医学研究的重要条件。对于一个未知机制，我们首先要有一个假设和猜想，通过大量的数据分析、实验验证，进而探明机制。对于医学研究者来说，任何的实验研究都不能直接进行人体实验或人体研究，那么我们必须找一个与人类相关的、能反映一定机制和现象的实验体来代替人体首先进行实验，那么这时候我们的实验动物就出场了。任何的研究，都必修经过动物实验，确保一定的安全性和可靠性以后，才能应用于人体。正如俄国生理学家巴甫洛夫说得一样：“没有对活动物进行实验和观察，人们就无法认识有机界的各种规律，这是无可争辩的。在简单了解实验动物的基本概况以后，我们在深入了解一下实验动物的选择和应用。二、实验动物选择实验动物的选择需要遵循以下原则：首先要广泛查阅文献，积极进行交流；其次，要进行必要的动物预试验；再次，我们应遵循相似性原则，医用实验动物则需与人的机能、代谢、结构及疾病特点相似；还有解剖生理特点符合目的要求的实验动物；原则五是还有人类疾病的近交系或突变系动物；原则六要求结构功能简单又能反映研究指标的动物；原则七为匹配性原则；最后一个为易获性原则。我们在选择实验动物时，必须要广泛阅读文献，了解以往使用的实验动物情况及其研究成果，充分利用前人的研究成果和思想，以确定深入研究计划并避免重复实验。必要的预实验能帮助我们快速检查该实验动物是否与研究目的所适应，这样既能减少实验的消耗，又能帮助我们改进实验设计。除实验动物选择的八条原则之外，我们还要注意一些可能会对实验结果造成一定影响的动物自身状况问题，比如：年龄、体重、性别、生理状态（妊娠、哺乳、性周期等）、健康状况以及实验动物选择和应用应注意有关国际规范。国际上普遍要求动物实验达到实验室操作规范（goodlaboratorypractice，GLP）和标准操作规程（standardoperatingprocedure，SOP），这些规范对实验动物的选择和应用、实验室条件、工作人员素质、技术水平和操作方法都要求标准化。所有药物的安全评价试验都必须按规范进行，这是实验动物选择和应用总的要求。目前国际上广泛宣传“3R”原则，“Reduction（减少）、Refinement（优化）、Replacement（代替）”。据不完全统计，美国生物科学课题投资的百分之四十涉及实验动物；百分之六十的生物学科研课题需要实验动物。美国卫生署每年的经费是4亿美元，用于培养1万人和资助2万个课题，这两项工作中，有百分之五十的任务要利用实验动物进行研究才得以完成。美国卫生署的肿瘤研究中心，每年的研究经费的2.2亿元，而需要利用实验动物进行研究的课题占1.4亿美元，即占总经费的百分之六十三以上。生产实验的动物专业公司就有30余个，已拥有实验小鼠品系250个，小型实验猪15种，豚鼠品系30余个，地鼠品系30余个，大鼠品系60余个，兔子14个品种，猴子50余种以及狗、猫、禽等。美国1981年用了各种品系的小鼠共8000万只；大鼠7000万只，豚鼠60-70万只，家兔60-70万只，非人灵长类3.4万只。根据全美国有关科学家的人数来计算，每人每年的平均使用量不少于1000只，美国现有高级实验动物专家50多人，中级实验动物科学专家6000多人。所以，实验动物的需求量是庞大的，实验动物的替代是不可阻挡的发展趋势。据统计，美国政府每年拿出1/4～1/2的科研经费用于动物替代的研究项目。目前，这类非动物的研究模型大致包括：物理化学技术、计算机和数学模型、微生物系统和细胞组织培养，要求每个科研工作者尽可能地用这些开发成熟的模型来替代实验过程中应用的动物。“3R”原则反映了实验动物科学由技术上的严格要求转向人道主义管理，提倡实验动物福利与动物保护。在实验动物的选择部分，其实还有一个很重要的概念：实验动物的标准化。随着社会发展，生物科学与技术水平的提高，我们对于实验研究、鉴定以及测量结果的可靠性和精准度的要求越来越高，正确选择与应用标准实验动物是达到这一目的唯一前提和重要保障。实验动物的标准化包括饲养管理标准化、遗传学质量标准化、微生物质量标准化、环境设施及相关条件标准化，通过规范措施，使相关因素达到标准，从而确保实验结果的标准。[1]我们国家目前对于实验动物标准化一直在高速发展，但是有些问题制约着我们的进步。首先就是由于经济原因导致的各地区之间发展的不平衡，然后就是实验技术操作人员不过关，对于实验动物的从业人员培训工作尚不完善；最后是由于资金和人力资源问题严重制约我国动物标准化发展的速度。我国实验动物标准化离世界先进水平还有很长一段路要走。三、实验动物的应用由于实验动物自身特点，它广泛应用于生物医学各个领域，包括遗传学、免疫学、药理学等等。现在新冠肺炎在全球范围内传播较为严重，许多科学家就着手开始研究COVID-19的作用机制、防治手段等等。那么，他们就会在实验动物的身上进行实验。除此以外，小鼠还与癌症的治疗有关。以《胰腺癌免疫系统人源化小鼠模型的构建及评估》为例，该研究中构建的胰腺癌免疫双人源化小鼠模型具备人源肿瘤细胞和人源免疫系统，能够较好地模拟胰腺癌患者体内肿瘤组织与免疫系统之间的相互作用，可以作为临床肿瘤患者的“替身”，用于评估临床前胰腺癌免疫疗法的有效性及安全性，有望成为推动肿瘤免疫治疗策略临床前研究的理想工具。[2]实验动物在各种疾病治疗研究中相当我们的替身，在探索各种遗传机制方面他们更发挥了无可比拟的作用。2020年诺贝尔化学奖授予CRISPR-CAS9基因编辑技术，毋庸置疑这项技术带给遗传学界技术性的革新，它让基因工程的实验动物获得更加简洁方便、效率大大提升。在《Cas9基因编辑技术对巴马小型猪生命体征的影响》中提到：“过去，由于基因改造困难，限制了猪在农业育种和生物医学领域的广泛应用。如今，借助基因编辑的新革命性技术CRISPR-CAS9系统以及体细胞核移植技术，可以前所未有的精确修饰猪基因组，大大拓展了猪作为模型动物的应用范围。”[3]关于实验动物的应用有很多，在这里就不一一赘述了。虽然实验动物的应用广泛，但是这也给我们的研究带来了许多问题，比如一些伦理问题等，都需要我们去注意。四、实验动物发展的现状知己知彼，百战不殆。首先，我们先了解一下发达国家的实验动物学发展现状。美国、日本及欧盟等发达国家和地区无一不是以为动物福利立法的方式进行实验动物管理，有力推动了实验动物科学的发展，为在生命科学研究和生物技术发展的争夺战中占据制高点提供了重要基础和条件支撑。从政策体系构架看，主要有以欧盟为代表的国际公约、国家(或地区，如美国各州)法律、政府部门法规和权威机构发布的指南等几种形式。以美国为例，美国目前有较为完善的法律体系，包括联邦法和地方立法机构颁布的法律法规、政府颁布的相关政策或者是科研机构的相关规定等等，他们对于实验动物相关的法律法规实行要求极为严格，美国动物研究人员必须经过严格的IACUC的学习与考试，才能获得实验室的准入资格。[4]这种严格的制度保障了实验动物的基本安全。除此之外，动物项目的审批极为复杂，步骤积极繁琐，申请可能需要修改好多次才能被通过。曾经听一位教授讲有的访问学者在国外一年可能连实验动物的实验室都进不去，还有的学者因为不经意的一个小操作可能就会违反法律法规、被遣返回国。同时，他也给我们讲了自己在国外访学的经历，让我印象最深的还是那句：“也许我们做不到定时喝水、定时吃饭，但是动物们必须做到准时投喂，典型的‘人不如鼠’……”这句话引发哄堂大笑，但笑过之后我陷入思考：“为什么他们要求这么严格?”其实我们目前现在要求也比较严格，但是比起发达国家还远远不够。我国实验动物相比于西方国家起步较晚，各方面措施不是很完善，但是我们也一直在追赶，实验动物的法律法规一直不停在完善，包括：1988年颁布的《实验动物管理条例》、1997年签发的《关于“九五”期间实验动物发展的若干意见》、1998年5月颁布《医学实验动物管理实施细则》、2003年1月1日发布《实验动物许可证管理办法》、2017年国家对《实验动物管理条例》进行了第三次修订等等。除此之外，我们还大力加强实验动物品种的培育，经过近40余年的实验动物品种培育和引进，目前中国常用实验动物及实验用动物有30余个品种、100多个品系。自主培育的小鼠品系有615小鼠、TA1小鼠、TA2小鼠、T739小鼠、NJS小鼠、无毛鼠、KM小鼠等。同时，通过对野生动物或家养动物驯化，建立的自主培育动物品种有小型猪、东方田鼠、长爪沙鼠、中国地鼠、灰仓鼠、灰旱獭、小家鼠等。我们虽然在进步，但是目前面临的挑战也不容忽视。一是在目前我国的管理体系下，政府部门协同管理实验动物的体系还未建立，对于大方向的一些措施还不到位，只是针对自己管辖范围内的一些具体工作。二是我国还没有一部实验动物管理的法律，随着社会的进步、科技的发展，我们对于实验动物的研究也越来越深入，暴露出的一些问题苛待解决。目前，我国实验动物技术标准体系处于建设和完善阶段，为尽快提升我国实验动物管理能力和水平，须重点推进三方面的工作:一是推动高发展水平的地区制定国家标准中没有、应用急需的、与国际先进标准接轨的地方标准，发挥标准在推进我国实验动物新资源标准化与应用，以及在实验动物科学监管中的技术支撑作用;二是建立标准实施后的评估机制，开展实施过程中的绩效评估，查找存在的问题，提出解决问题的思路和技术方案，促进标准质量不断提升;三是跟踪国际先进标准发展动态，在全面分析的基础上开展先期研究，做好技术储备，制定具有“国际话语权”的高标准。综上所述，本文主要讲述了实验动物的基本概况以及其选择和应用，最后通过对比分析了我国目前发展现状，革命还需努力，我们还需奋斗！参考文献：[1]苏华峰.我国实验动物标准化现状及存在的问题[J].山东畜牧兽医,2022,43(01):42-44.[2]罗宝花,刘晓秋,雷静玉,张彩勤,张永斌,师长宏.胰腺癌免疫系统人源化小鼠模型的构建及评估[J/OL].中国实验动物学报:1-8[2022-04-13].http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2986.Q.20220410.1358.008.html[3]叶露薇,尹立雪,华进联,赵帅,赵凤有,付培,邢向阳,崔威.Cas9基因编辑技术对巴马小型猪生命体征的影响[J].动物医学进展,2022,43(04):8-11.DOI:10.16437/j.cnki.1007-5038.2022.04.021.[4]包容,蔡鸿宁,高建峰,汤宏斌.美国实验动物的管理与现状——以美国路易斯安娜州立大学为例[J].实验技术与管理,2021,38(11):315-318.DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2021.11.062.[5]巩薇,卢胜明,陈洪岩,陈振文,范春,赵德明,李根平,贺争鸣.国内外不同体制下实验动物管理政策体系和标准体系的分析与启示[J].实验动物科学,2021,38(01):43-48.