实验动物学(同济大学版)

实验动物学（laboratory animal science）它是融合生物学、动物学、兽医学和医学等科学的综合学科，以实验动物为主要对象和重点，以服务于动物实验为主要工作目标和探索方向的学科。

简言之，实验动物科学是专门研究实验动物的生物特性、饲养繁殖、遗传育种、质量控制、疾病防治和开发应用的科学。

研究实验动物1. 育种、保种（培育新品种、保持原有品系的遗传特性）2. 生物学特性（包括解剖、生理、生化、生殖及生态等）3. 繁殖生产、饲养管理以及疾病的诊断、治疗和预防研究动物实验是以实验动物为材料，采用各种方法在实验动物身上进行实验，研究动物实验过程中实验动物的反应、表现及其发生发展规律等问题。

实验动物的价值何在？1.基础医学、生物学研究方面：对人的各种生理现象和病理机制及疾病的防治研究中，实验动物是人的替难者。

2.制药和化学工业方面：毒性试验（急性、亚急性、慢性）三致试验（致畸、致癌、致突变）药效试验、药代试验等3.物制品方面：生物制品生产的原料，如地鼠、豚鼠的肾制备乙脑和狂犬疫苗，猴肾制备小儿麻痹症疫苗，SPF鸡胚制备麻疹疫苗等。

生物制品安全性评价的工具；生物制品有效性评价的工具4.轻工业与食品工业方面：人类吃穿用的轻工业产品，包括食品、食品添加剂、保健品、饮料、化学制品（如化妆品）的有害、有毒成分，必须用实验动物去测试5.农业与畜牧学方面：化肥、农药的残毒检测。

强致癌性；动物疫苗的制备和鉴定；畜禽传染病研究6.国防和军事科学方面：各种武器的杀伤效果评价；化学、辐射、细菌、激光武器的效果和防护；航天科学研究等什么叫实验动物？所谓实验动物是经人工饲育、对其携带的微生物实行控制、遗传背景明确或者来源清楚的，用于科学研究、教学、生产、检定以及其他科学实验的动物。

实验动物的三大特点：遗传背景明确，来源清楚；对其携带的微生物、寄生虫进行人工控制；用于科学实验实验动物包含：野生动物；经济动物；观赏动物；实验动物将野生动物或家畜驯化（Domestication）、培育（breeding）成实验动物的过程，叫做实验动物化（Laboratory Animalization）疾病模型基因改变疾病模型（Gene-modified disease models ），或者遗传工程动物模型（genetic engineering animal models）：是指利用分子生物学技术手段，如转基因、基因打靶、基因敲除、基因置换、基因捕获等技术，将已知的一个或多个基因导入动物胚胎细胞或从动物胚胎细胞中剔除，培育成携带或缺失某种或几种基因的动物诱发疾病模型（induced disease models）,也称实验性疾病模型（experimental disease models）：是指利用物理、化学、辐射、生物感染等技术制作的动物模型。

根据实验目的的不同，人为地造成动物组织、器官或全身损伤，出现某些类似人类疾病的症状。

自发性疾病模型（spontaneous disease models）也称突变疾病模型：是指在自然条件下，动物由于基因突变发生异常表现，这种突变症状类似人类的疾病，通过定向选育使之遗传下去而形成的模型（高血压模型（SHR大鼠），肥胖模型（Zucker大鼠），糖尿病模型GK大鼠，肥胖并糖尿病模型（db/db小鼠）近交系（inbred strain）动物经连续20代或20代以上的全同胞兄妹或亲子交配而成，品系内所有个体都能追溯到起源于第20代或以后代数的一对共同祖先的动物群体。

杂交群（hybrids）两个不同近交系杂交所生的动物封闭群（outbred ）在不从外部引入新个体的条件下，以非近亲交配方式进行繁殖、生产的实验动物种群，且至少连续繁殖四代以上。

封闭群动物在其繁衍过程中，世代间各基因的频率应保持不变实验动物分类(微生物控制)：1.普通级动物（conventional animal）教学动物：是微生物和寄生虫控制级别最低的实验动物；要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病病原，以及人兽共患寄生虫。

2.清洁动物（clean animal ）-国家强制国家标准，大鼠和小鼠：是根据我国国情而设立的等级动物，除普通级动物应排除的病原和寄生虫外，不携带对动物危害大和对科学研究干扰大的病原和寄生虫。

3.无特定病原体动物（specific pathogen free animal，SPF）：除清洁动物应排除的病原和寄生虫外，不携带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的病原和寄生虫。

SPF动物包括小鼠、大鼠、豚鼠、地鼠、兔等4.无菌动物（germ free，GF）指无可检出一切生命体的动物。

来源是普通动物经无菌剖腹产手术，幼仔在无菌隔离器中人工哺育或由其他无菌动物代乳饲育而成。

实验动物学的分支学科实验动物遗传育种学；实验动物微生物学与寄生虫学；实验动物环境生态学；实验动物营养学；实验动物医学；实验动物饲养管理等实验动物技术研究，包括动物实验技术、各种检测或测试方法、动物实验中的动物饲养管理等。

具体包括：实验动物的选择；动物实验技术；人类疾病动物模型；免疫缺陷动物；实验动物胚胎工程；转基因动物实验动物的福利原则：合理地选择实验动物品种、数量与质量；科学地避免或减少实验动物的不安、不适及疼痛；请有资质的技术人员从事或指导实验动物的饲养管理工作；在有资质的技术人员指导下进行动物实验工作Replacement（替代）是指使用其他方法来代替动物而达到某一试验的目的，或者说使用没有自觉的试验材料代替以往使用神智清醒的活的脊椎动物进行试验的方法。

Reduction（减少）是指在科学研究中，使用较少的动物获得同样多的试验数据或使用一定数量的动物能获得更多的试验数据的方法Refinement（优化）是指通过改进和完善实验程序，减轻活减少给动物造成的疼痛和不安，以提高动物福利的方法。

运用各种技术手段干预动物的遗传组成，导致动物新的性状的出现，并使其能有效地遗传下去，形成新的可供生命科学研究和其他目的所用的动物模型，这类动物可被称为遗传工程动物模型。

技术手段：显微注射转基因技术；基因随机突变技术；化学或放射诱变技术基因打靶是利用DNA同源重组原理，基因组中的某一特定部位进行定点的基因重组，是研究基因的功能的有效手段。

包括基因敲除（gene knockout）和基因敲入（gene knockin）。

同源重组（Homologous Recombination)是由于不同DNA链的断裂和连接而产生DNA片段的交换和重新组合，形成新DNA分子的过程。

基因敲除：传统基因敲除（conventional knockout）条件性基因敲除（conditional knockout）基因敲除技术是20世纪80年代发展起来的,是建立在基因同源重组技术基础以及胚胎干细胞技术基础上的一种新分子生物学技术。

条件性的基因缺失突变：利用位点特异性重组系统，如Cre-loxP系统以及FLP-frt，在特定组织和不同的发育阶段特异性地、和诱导性地发生所要求的遗传修饰事件，借以克服某些重要的基因在纯合缺失或杂合缺失状态下的致死效应和生存力下降的问题。

条件性基因敲除优点：1. 诱导基因突变的时间可人为控制；2. 可避免因基因突变而致死胎的问题；3.如用病毒或配体/DNA复合物等基因转移系统来介导Cre的表达。

基本程序：打靶载体的构建；打靶载体导入ES细胞：重组置换；基因敲除ES细胞注射入囊胚；囊胚植入假孕小鼠的子宫中；嵌合体的杂交育种假孕(Pseudopregnancy）:发情期的母鼠在与无精子的公鼠交配后的一定时间内，黄体素会持续存在，而使它自己的行为和身体处于适合胚胎种植，及养育子鼠的状态。

基因捕获（gene trap）是通过在基因组中创造随机插入突变。

基因捕获载体包含一个无启动子的报告基因或选择标记，它能在插入位置（内含子）报告基因表达。

因这系列方法酷似以报道基因为诱饵来捕获基因，故得名基因陷阱或基因捕获。

一般常用的报道基因有GUS、绿色荧光蛋白（GFP）、LacZ基因。

动物对实验处理的反应：R=(A+B+C)×D+ER—实验动物的总反应（实验结果）；A—动物种的共同反应；B—品种及品系特有的反应；C—个体反应（个体差异）；D—环境影响；E—实验误差。

环境因素与动物的总反应呈正相关，要尽量减少D的变化，排除实验处理以外的影响。

实验动物环境控制的意义1. 保证实验动物健康和质量标准化2. 保障实验研究获得可重复的结果影响实验动物的自然环境因素1环境温度；2相对湿度；3光照4 噪声5空气洁净度6通风7人为因素哨兵鼠的意义1:用于监控或预警环境中存在的或潜在的特定病原菌、病毒等。

2:不会牺牲珍贵或实验进行中的动物3:无监测空窗期4:节省人力与时间哨兵鼠的挑选：1:未受特定病原污染;受到特定病原感染时，能监测到2:8-10周的健康母鼠（免疫缺陷鼠除外）3:品系：ICR、BALB/c、FVB、C57BL/6哨兵鼠的制作：数量：2～3只（每笼）方式：脏垫料（使用其他小鼠生活过的垫料）周期：必须在脏垫料内至少持续生活4周。

位置：所在笼架的最后一个回风位。

物品进出动物房的三个原则：原则1：物品进入动物房尽可能采取高压灭菌的方式，不能高压的物品方可使用紫外照射灭菌。

原则2：经传递窗紫外照射进入的物品，当天必须取出原则3：经高压灭菌进入的物品，如手术器械等未使用至多在动物房内存放7天，使用后请在当天传出。

若再次使用需经高压灭菌后方可进入。

布鲁斯（Bruce）效应也称妊娠中断效应。

Bruce（1959）曾报道了对妊娠小鼠施加外源性激素会出现一种奇特的效应即妊娠中断的现象。

Bruce在实验中发现，若将妊娠母鼠放入其它品系公鼠笼中，并同居2-3天，那么就会有70-80%的母鼠在一周内恢复发情周期，若再与其它公鼠交配，所产仔鼠完全是来自第二次所配公鼠的后代，即第一次的妊娠中断了。

出现布鲁斯（Bruce）效应的机理是：异种公鼠的气味作用于母鼠嗅觉感受器，通过神经将刺激信息传递到下丘脑，抑制了下丘脑分泌促乳素进入血液，缺少促乳素，黄体不产生孕酮，致使子宫粘膜不发生变化，受精卵不能植入，导致妊娠中断。

Bruce指出，黄体未能行使其机能是阻止妊娠的直接原因。

如果在交配后1-3天内注射10单位黄体激素能使孕鼠继续其妊娠而不产生中断反应。

小鼠编号：短期标记；长期标记：打耳孔；剪脚趾；耳牌；文身；电子牌近交系动物的特征：基因纯合性（Homozygosity）；遗传稳定性（Stability）；遗传组成的同源性（Isogenicity）；表型均一性（Uniformity）；遗传组成的独特性（Individuality）；遗传特征的可分辨(Identifiability)；分布的广泛性（Extensive distribution ）；资料可查性（Retrievalable background data）近交系的优点是可以获得精确度高的实验结果，而且各项实验结果极易重复，具有可比性，对各种应激反应均一，周期短，使用动物少，可作病理模型，遗传背景明确。