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1、1,2,一、实验动物学及其基本概念,3,什么叫实验动物？,实验动物（Laboratory Animal）：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。,Source: 实验动物管理条例，1988年第2号令 实验动物许可证管理办法，国科发财字545号,4,什么是实验用动物？,实验用动物（Experimental Animal）:是指所有用于科学实验/检定的动物。,Source: 中国实验动物资源调查与发展趋势，科技出版社，2017,我国主要使用20-30种,实验用动物,5,什么叫人类疾病的动物模型？,人类疾病的动物模
2、型(Animal Model of Human Disease)： 是指各种医学科学研究中建立的具有人类疾病模拟表现的动物。,概念：在自然状态下发生的疾病或因基因突变的异常表型，通过遗传育种的方法定向培育保留下来动物模型,概念：是指通过基因修饰技术（敲除、置换、转入等）获得某种基因改变的、并能稳定遗传的动物,6,自发性突变动物模型,（CAnN .Cg-Foxn1nu）C: BALB/c (1913)Halsey J. Bagg albinoAnN: Andervont Lab in NIH (1935)Cg: congenic (1985 CRL同源导入)Foxn1: Forkhead box
3、 N1 （1962发现，1968 确定无胸腺）nu: Nude,Spontaneous HypertensionRat, SHR京都大学Okamoto K.(1963)从Kyo:Wistar中筛选并采用BS进行高血压特性固定1966年（F13）to NIHMHC Haplotype（单体型）：RT1k,Goto-Kakizaki rat，GK东北大学Goto K.(1975)通过在Wistar中筛选高血糖培育而成。属于非肥胖II型糖尿病模型。,7,人工诱导/实验性疾病动物模型,8,基因修饰动物模型,转基因小鼠的制作,9,基因敲除动物的制作,10,什么叫模式生物？,模式生物(Model orga
4、nism)：通过对选定的生物物种进行科学研究，用于揭示某种具有普遍规律的生命现象，这种被选定的生物物种就是模式生物。,11,什么是实验动物学？,实验动物学（Laboratory Animal Sciences）：是以研究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一门综合性、应用性学科。包括：,12,影响动物实验结果的主要因素,遗传学,微生物学,环境学,营养学,实验处置,Source: 山内忠平（1986），実験動物環境管理,13,实验动物学的研究内容,14,实验动物学的研究内容,Genotyping by PCR,Biochemical Marker,新资源开发、保存
5、及遗传质量标准化,15,实验动物的遗传育种学,Source: 富田武（1983），実験動物遺伝,16,实验动物的遗传育种学,不同品系动物的繁育技术,17,实验动物的遗传育种学,Source: Lee M. S, Mouse Gentics 1995,18,实验动物的遗传育种学,Source: Lee M. S, Mouse Gentics 1995,19,实验动物的遗传育种学,小鼠生殖工程技术：http:/card.medic.kumamoto-u.ac.jp/card/chinese/sigen/manual/onlinemanual.html,保种新技术研究,实验动物的遗传育种学,世界主要
6、小鼠资源库的低温保存方法,21,小鼠胚胎冷冻,简易玻璃化方法：使用1 M的DMSO（二甲基亚砜）和DAP213（2 M DMSO+1 M乙酰酰胺+3 M丙二醇），0下平衡后直接投液氮中。,Source: Nakagata, J Reprod Fertil 1989; 87:479-483,22,小鼠冷冻胚胎的复苏,玻璃化冷冻胚胎可在-196的液氮罐中永久保存。通过胚胎移植，90%以上的玻璃化胚胎可以存活，30-50%的存活胚胎可以发育成幼崽。,Source: Nakagata, J Reprod Fertil 1989; 87:479-483,23,小鼠精子的冷冻保存,10l,睾丸上体尾部,N
7、akagata法（2000）：使用18%的无水棉子糖和3%脱脂奶开发了R18S3抗冷冻液及其小鼠精子冷冻保存系统。 Nakagata, Mamm Genome，2000; 11:572-576,Source: Nakagata, Mamm Genome，2000; 11:572-576 Takeo, Lab Anim 2010; 44:132-137,24,精子冷冻用容器,金属丝固定,有机玻璃棒,50ml注射器,泡沫塑料,在液氮表面静置15min,沉入液氮中,液氮罐,小鼠精子的冷冻保存,Source: Nakagata, Mamm Genome，2000; 11:572-576 Takeo,
8、Lab Anim 2010; 44:132-137,25,小鼠冷冻精子的复苏,10min,37的温水,受精,10l全量,液氮罐,Source: Nakagata, Mamm Genome，2000; 11:572-576 Takeo, Lab Anim 2010; 44:132-137,26,新鲜/冻融精子的体外受精（IVF）体系,48h,15h,8:00,27,实验动物卫生学,28,实验动物卫生学,实验动物环境生态学：主要研究实验动物与所处的环境之间的相互关系,提供一个可控的环境以保证动物实验结果的准确性和重复性,29,实验动物卫生学,Histopathology,Myco RT-PCR,I
9、FA Test for LCMV,RT-PCR for LCMV,ELISA Test,提供高品质的实验动物以保证动物实验结果的准确性和重复性,微生物学,30,实验动物卫生学,控制对实验有影响的病原体以保证动物实验结果的准确性和重复性,31,实验动物卫生学,Source:日本実験動物学会感染症対策予防2011,32,实验动物卫生学,Source:日本実験動物学会感染症対策予防2011,33,实验动物卫生学,Source:日本実験動物学会感染症対策予防2011,34,大鼠、小鼠常见的呼吸系统疾病,Source: 実験動物病原性病原体,35,大鼠、小鼠常见的消化系统疾病,Source: 実験動物病
10、原性病原体,36,引起病原体污染的因素,控制了这些因素，也就保证了屏障设施的微生物学控制质量,37,营养学研究,38,比较医学研究,药物治疗,39,动物实验方法学研究,40,二、实验动物在生命科学研究中的价值,41,42,实验动物与食品安全,碳酰二胺（尿素）,高温,43,实验动物与食品安全,事件I：美国4000多例宠物食品污染事件（2007年）。事件II：三鹿婴儿奶粉事件（2008年）。,近4万病例儿童肾结石,猫犬肾结石甚至衰竭死亡,44,实验动物与食品安全,45,实验动物与食品安全,46,实验动物与食品安全,中华人民共和国食品安全法，2009年2月28日通过，2009年6月1日实施第十三条：
11、国家建立食品安全风险评估制度，对食品、食品添加剂中生物性、化学性和物理性危害进行风险评估。,47,实验动物与新药研发：新药研发三步曲,$2-5 billion,E.g. Remdesivir (Gilead Sciences), 2019-nCoVHazard rate=1.23, Draw meaningful conclusions statistically,动物体内试验,48,药物研发与实验动物,49,实验动物与人用疫苗,优点：技术成熟、安全性较好缺点：诱导的长期交叉免疫反应的效果比较差,优点：制备快、保护力强、持续产生免疫应答缺点：mRNA自生稳定性差，在体内持续表达可能会出现免疫耐
12、受，长期存在细胞内的潜在风险不清。,50,实验动物与人用疫苗材料、有效性、安全性,51,实验动物与人类疾病1100万亿个细胞,如：癌症发生概率 (p) = 细胞分裂次数 (a) 每次分裂产生突变数目 (b) 突变基因是致癌基因概率 (e),52,实验动物与人类疾病,2019年中国健康医疗状况,53,实验动物与人类疾病,54,中国第一病癌症2017年报告,每天有1万人诊断为癌症（7人min）,Source: Chinese Journal of Cancer Research Vol.1, 2017,50-80岁高发，男性显著高于女性,肺癌死亡率第一，甲状腺癌上升,癌症的攻克离不开实验动物,55
13、,实验动物与人类健康研究,新的诊断工具和疾病治疗手段,1990年HGP启动2000年HGP工作图2003年99%HGP完成图2008 千人HGP,后基因组学时代,56,三、我国实验动物学的发展概况,57,国内实验动物学的发展进程,1985年国家第二次实验动物工作会议,58,上海对我国实验动物业发展的贡献,塑料笼代替瓦罐（笼器具苏州生产，上海设计）,国际交流和动物福利,国内最早的技工培训对外省市的培训,国内第一步专业杂志,国内第一栋实验动物BS,国内最早出口实验动物,国内最早隔离器和GF动物,59,实验动物政策法规体系,60,实验动物管理体系,Licence,61,实验动物质量保障体系,62,N
14、ational Center for Laboratory Animal Resources （NCLAR）,国科发财2010267号,引进、收集和保存实验动物品种品系研究实验动物保种新技术培育实验动物新品种品系提供标准的实验动物种子,NCLAR的任务：,63,National Sharing Service Platform of Research Resources (NSSPRR),64,National Laboratory Animal Resources Repository（NLARR）,广州医药研究总院有限公司,国家遗传工程小鼠资源库,南京大学,国科发基2019194号,NCL
15、AR,NLARR,65,国家科技资源共享服务平台-实验动物资源库,犬：1,国家遗传工程小鼠资源库,常规小鼠品系：11基因修饰小鼠：10838自有：496共建：4593客户产权：5605基因修饰大鼠：144,Source: 中国实验动物信息网，2020年5月19日,2019末资源量：11168,66,实验动物从业人员队伍建设,上海农学院自78届开设实验动物课程中国农大、首医大实验动物本科专业扬大、通大、吉大实验动物方向专业,中科院上海实验动物中心首都医大宣武医院上海生物医药行业协会,地方动管会学会、协会专业培训机构各单位,67,实验动物从业人员队伍建设,按工作性质分,按学历分,按职称分,按专业分
16、,从业人数增加，学历背景提高，专业范围扩大，职业要求更高,68,实验动物及相关产品生产概况,年实验动物生产量：2200-2600万只，使用量约9001100万只，仅次于美国 。实验动物品种与品系：主要包括小鼠、大鼠、兔、地鼠、豚鼠、狗、猕猴等约40多种，总品系数约为4700多个（全球20000多个）。,实验动物生产与使用,69,相关产品的生产笼器具：实验动物笼具生产厂家约19家，其中大部分集中在苏州。年总产值超过10亿饲料：获得实验动物饲料生产许可证的机构共有38家（未计入由农业管理部门发证的单位），产值超过3亿。垫料：实验动物垫料的企业有20多家，合计产量约为30000吨，年产值约为8000
17、万元。,实验动物及相关产品生产概况,70,实验动物化研究情况,长爪沙鼠,小家鼠,东方田鼠,灰仓鼠,黑线姬鼠,鼠兔,小型猪,树鼩,71,国家级科研项目情况,与实验动物相关的项目国家科技攻关项目（1998）十一五、十二五10个科技支撑项目其他：国自然国家新药创制国家重大专项科技基础性工作专项,国家九五攻关计划评审-实验动物第一个国家项目（1998）,72,存在的主要问题,73,建设和发展重点,74,四、国外实验动物学的发展趋势,75,管理的法制化与行业自律,76,管理的法制化与行业自律,77,实验动物作为知识的基础保障和战略资源,NCRR的实验动物资源,National Primate Resea
18、rch Centers（NPRCs）26000只NHPs，70%是恒河猴，资助近1亿美元/年。重点支持SPF非人灵长类，以支撑艾滋病病毒/疫苗研究,冷冻保存和供应基因修饰的小鼠和ES细胞Jackson 实验室加州大学戴维斯分校密苏里大学北卡罗来纳大学教堂山分校,78,日本,择优选择强强联合经费支持持续资源有特色,国家生物资源项目（NBRP）,79,继续加快实验动物资源的开发,全球合作开发小鼠模型,80,IMSR Database,Source: http:/www.findmice.org/repository,81,IMSR Database,Source: http:/www.findmi
19、ce.org/repository,82,继续加快实验动物资源的开发,基因工程大鼠资源的开发紧随其后,优于小鼠,在大鼠基因敲除模型研究上，中国已走在前列，仅武汉大学就开发了3000基因工程大鼠品系日本的大鼠资源中心（Kyo-rats）：770+,83,继续加快实验动物资源的开发,大型实验动物疾病模型将成为新的热点猪2010年赖良学、李晓江：亨廷顿舞蹈病基因敲入猪。非人灵长类2009年，日本的实验动物中央研究所，GFP转基因狨猴2010年，季维智，GFP转基因食蟹猴2016年，仇子龙，自闭症转基因猕猴模型2017年，季维智，雷特综合征食蟹猴模型2018年，孙强，克隆猴，中中，华华,84,疾病动物
20、模型的知识产权争夺日趋激烈,5000药靶,400新药,20000 KO mice表型分析,新的疾病模型,基因不能申请专利，动物模型能,85,资源的保存技术将不断完善,胚胎冷冻技术已被广泛应用于实验动物资源的保存以B6小鼠为背景的基因改变小鼠的精子冷冻技术日趋完善，冻融精子的体外受精率越来越高，10%30%80%+大鼠的精子冷冻技术已经有了突破性进展；小型猪、非人灵长类：精子冷冻技术未建立卵巢冷冻和卵巢移植已得到应用，但睾丸、附睾冷冻的冷冻和移植技术尚不完善。,86,大鼠精子为什么难以保存,渗透压、PH值、温度、冰晶等对大鼠精子易造成损伤,200m,比其他动物精子大2-4倍,精子头部的镰刀弯钩更
21、弯更细长,尾部特别细长,Source: Naomi Nakagata, Nobuyuki Mikoda, Satohiro Nakao, Ena Nakatsukasa & Toru Takeo，Establishment of sperm cryopreservation and in vitro fertilisation protocols for rats， Scientific Reports,大鼠精子对粘度和渗透压的变化非常敏感。如果解冻后立即稀释含有精子的冷冻保护剂（CPA），精子会受损。,87,大鼠精子CPA,88,研究和实施动物实验新的替代方法,细胞活体外试验：如LD50的毒
22、性测试由细胞测试方法（CI50：抑制半数细胞生长的药剂浓度）代替；。重组器官活体外试验：由欧莱雅公司推出的胶原材料重组人体皮肤试验模型，能够取代以兔为对象的皮肤试验。计算机模拟测试方法：数学模拟和统计分析能够在相似药物的数据和活体内、活体外测试数据的基础上对药物特性进行预测，随后通过动物实验来验证。物理-化学测试方法：利用度量工具和非生物物质，如Eytex（豆类制成）半透明胶体，在遇到刺激性物质后会变成透明，再利用分光光度计对透明度进行衡量，能得知刺激物质的毒性程度。CFDA2016年,147号 将“化妆品用化学原料体外3T3中性红摄取光毒性试验方法“作为第18项毒理学试验方法纳入化妆品安全技
23、术规范（2015）2017年第136号中，将“化妆品用化学原料离体皮肤腐蚀性大鼠经皮电阻试验方法”和“皮肤光变态反应试验方法”分别作为第19项和第20项毒理学试验方法纳入化妆品安全技术规范,89,实验动物学研究热点,精准医学计划（2015年1月美国） 以个体化医疗为基础，通过基因组、蛋白质组等技术，依托大样本数据库，精准找到疾病的病因和治疗靶点，进行个性化精准治疗。,分子诊断,30-50%可以找到突变,3-13%可以找到精准药物,1-1.5%有效,PDX：Patient-Derived Xenograft,90,实验动物学研究热点,异种器官移植,基因修饰大动物,人类胎盘计划,动物福利,人类微生
24、物计划,胎盘是目前人类了解最少的器官,如果胎盘性能出现问题将会导致不同程度的健康问题，包括早产、成人糖尿病等,研究人体内(表)的微生物菌群结构变化与人体健康的关系,91,动物实验的审核将越来越严格,欧盟有关动物实验的法规是1986年颁布的有关保护实验用途和其他科学研究用动物的第86/609号法令。该法令旨在尽可能减少实验用动物的数量，并尽可能避免其所遭受的痛苦。法令第七条规定：只有在必须而且没有任何可行的替代方法的情况下，才能进行动物实验。且动物实验必须符合三项条件：实验用动物必须通过合法饲养获得（第15条），且不得属于受保护动物的种类（第4条）；动物实验必须由经许可的专业人员进行（第7条）（在法国，动物实验的许可证由农业部授予科学研究的直接负责人）；实验必须保证动物恰当的生存条件，尽可能减少实验动物的数量，以及动物所遭受的伤害（第19条）该法案于2010年9月8日修订后，于2013年1月1日正式实施。修改稿中特别强调：要牢固树立3R理念；使用动物的项目必须经过系统性、强制性评估；饲养和使用非人灵长类动物将更加严格，并禁止在科学实验中使用大猩猩。,92,Thanks for your Attention,
