一、动物实验造模的重要性
1. 提供可控环境
动物模型为生物医学研究提供了更多可控的环境,可以更精确地研究特定因素对生物过程的影响。例如,在实验动物环境控制的研究中,我们可以通过调整温度、湿度、气流、光照等因素,为动物创造一个相对稳定的生活环境,从而更好地观察特定因素对动物生理生化活动的影响。正如 “演示文稿动物实验的环境控制” 中提到的,环境因素与动物的总反应呈正相关,要尽量减少环境因素的变化,排除实验处理以外的影响。
2. 模拟疾病发展
能模拟人类疾病的发展过程,提供有关疾病机制的深入见解,为研究疾病的发生、发展规律和防治疾病疗效的机理等提供重要手段和工具。动物造模技术的发展为疾病的研究提供了良好的基础,如在 “动物造模的作用大 利于肿瘤等医学方面的突破” 中提到,动物造模技术对于疾病的研究有着很重要的作用,尤其是在肿瘤、免疫学、遗传学和神经系统疾病等方面。通过动物模型,我们可以模拟人类疾病的发展过程,深入了解疾病的机制,为药物研发和治疗提供依据。
3. 克服人类研究困难
避免了在人身上进行实验所带来的风险,可复制临床上不易见到的疾病,克服人类某些疾病潜伏期长等缺点,严格控制实验条件,简化实验操作和样品收集,有助于更全面地认识疾病的本质。
(一)避免了在人身上进行实验所带来的风险。临床上对外伤、中毒、肿痛等病因研究有一定困难,而动物可以作为人类的替难者,在人为设计的实验条件下反复观察和研究。如 “动物造模的意义和优越性 - 手机搜狐网” 中提到,应用动物模型,除了能克服在人类研究中经常会遇到的理论和社会限制外,还容许采用某些不能应用于人类的方法学途径,甚至为了研究需要可以损伤动物组织、器官或处死动物。
(二)临床上平时不易见到的疾病可用动物随时复制出来。临床上很难收集到放射性、毒气中毒、烈性传染病等病人,而实验室可以根据研究目的要求随时采用实验性诱发的方法在动物身上复制出来。
(三)可以克服人类某些疾病潜伏期长,病程长和发病率低的缺点。一般遗传性、免疫性、代谢性和内分泌等疾病在临床上发病率很低,且某些疾病潜伏期很长,很难进行研究。而动物由于生命的周期很短,在实验室观察几十代是容易的,可以用单一的病因,在短时间内复制出典型的动物疾病模型。
(四)可以严格控制实验条件,增强实验材料的可比性。采用动物来复制疾病模型,可以选择相同品种、品系、性别、年龄、体重、活动性、健康状态、甚至遗传和微生物等方面严加控制的各种等级的标准实验动物,用单一的病因作用复制成各种疾病。温度、湿度、光照、噪音、饲料等实验条件也可以严格控制。
(五)可以简化实验操作和样品收集。动物模型作为人类疾病的 “缩影”,便于研究者按实验目的需要随时采取各种样品,甚至及时处死动物收集样本,这在临床是难以办到的。实验动物向小型化的发展趋势更有利于实验者的日常管理和实验操作。
(六)有助于更全面地认识疾病的本质。通过对人畜共患病的比较研究,可以充分认识同一病原体(或病因)对不同机体带来的各种损害。动物疾病模型能够细致地观察环境或遗传因素对疾病发生发展的影响,对于全面地认识疾病本质有重要意义。
二、动物实验造模的实施方法
1. 脑出血动物造模方法
胶原酶注射脑出血模型:造模方法是将微量注射器针头插入大鼠脑一侧尾状核,注入一定量的胶原酶。这种方法具有简单、快捷、成功率较高,出血稳定性好等优点,能较好地模拟人体脑血管自发出血的生理生化过程以及出血后血肿持续扩大的病理变化过程。然而,胶原酶并不能造成血管的物理性破裂,实际上是造成了小血管的广泛慢性渗血,形成的血液渗出灶并不是真正意义上的局限的血肿,急性占位效应不明显,与人类脑出血的病理过程有区别。此外,胶原酶本身可造成脑组织严重的炎症反应,对血管有广泛的破坏作用,可对脑出血后单纯由血肿形成的炎症反应研究产生干扰,且对脑组织有细胞毒性作用,可严重损伤神经功能及血脑屏障,有一定局限性。应用于评估脑出血后各类指标的长期观察。
自体血注入脑出血模型:
单步注射法:抽取动物自身一定量血液通过定位技术注入该动物脑尾状核造成该部位血肿。此方法操作简单,应用立体定向仪后动物死亡率明显降低,血肿位置更加精确,除穿刺针道损伤外无其他异体物质和杂质,病理过程更接近人的自发性脑出血。但模型重复性差,血肿体积不稳定,成功率低,同时有出现脑室及硬膜下间隙之间破裂出血和注射的血液返流等情况。
两步注射法:先注射一部分自体血,静置针头使血凝块形成将针道封堵,再注射余下的自体血。此方法除了具有单步注射法的优点外,还能有效地减少针道反流的血量,较好地控制血肿的大小、形态及部位,可用于研究脑水肿机制及临床药物作用机制。但注入脑内的血肿并非血管破裂造成的,血液注射过程中不可避免地有反溢现象和血液凝固堵塞针道的问题,血肿形态和大小重复性差。自体血常取材于实验动物的内眦、股动脉、心脏等处。内眦取血血液标本不易被污染,但取血为静脉血,与脑动脉出血的血液成分不符。动脉穿刺法血液成分与脑出血成分较一致,但操作较复杂,成功率低。心脏穿刺法可得到纯净的动脉血,操作较简便,损伤较小,但对操作人员技术要求较高。
自发性脑出血法:采用基因培育方法培育出具有易出血的高血压基因动物,该动物自出生起数周开始血压自发升高,短时间内可发生自发性脑出血。此模型将高血压与脑卒中结合,相似度极高地模拟人脑卒中病理。但这类动物只代表脑出血的一小部分原因 — 高血压,且动物培养成本高昂,繁育时间较长,动物体弱饲养困难,繁育的后代模型容易出现断种、变种、基因突变的情况,应用受到一定限制。
2. 常见疾病动物造模方法
心力衰竭动物模型:使用异丙肾上腺素诱导,无创伤,易于重复且诱导时间较短。可通过腹膜内植入的渗透泵使用异丙肾上腺素连续 7 - 21 天建立不同程度小鼠心力衰竭模型,也可间隔 150 小时连续两次皮下注射异丙肾上腺素诱导大鼠心力衰竭模型。
肺纤维化动物模型:利用博来霉素诱导,是较广泛使用的临床前肺纤维化模型。可通过气管内注射溶于生理盐水的博来霉素建立小鼠和大鼠肺纤维化模型。
慢性肾脏病动物模型:采用腺嘌呤诱导,建立慢性肾脏病动物模型。可将腺嘌呤悬浮于 0.5% 甲基纤维素 400 中,通过胃管口服建立大鼠慢性肾脏病模型,也可通过将 2.0% 腺嘌呤饮食给小鼠喂食一定时间后再改为正常饮食建立小鼠慢性肾脏病模型。
糖尿病动物模型:使用链脲佐菌素诱导,破坏胰岛中 β 细胞,使小鼠呈现高血糖症状。可腹腔注射链脲佐菌素溶液建立小鼠糖尿病模型,也可静脉注射链脲佐菌素缓冲液建立大鼠糖尿病模型。
炎症性肠病动物模型:用葡聚糖硫酸钠诱导结肠炎,建立炎症性肠病动物模型。可通过无菌水配置的葡聚糖硫酸钠溶液让小鼠连续饮用建立急性结肠炎模型。
3. 骨质疏松动物造模方法
去势造模法:分为手术去势和药物去势。手术去势法造模因素单一、模型效果稳定、可复制性好、实验结果可信度大,能很好地模拟绝经后骨质疏松骨代谢的特点,但卵巢切除后动物体内雌激素水平突然迅速下降,与绝经后妇女雌激素水平下降过程存在差异。药物去势法是给予抑制动物雌激素分泌的药物造成骨量丢失,避免了手术创伤刺激对检测指标的干扰,但药物的不良反应以及药物与抗骨质疏松药物之间的相互作用会降低实验可信度。
药物造模法:糖皮质激素诱导动物骨质疏松症模型,对研究人类骨质疏松症意义重大。大鼠最常被选用,年龄、糖皮质激素剂量以及持续用药时间是影响实验结果的关键因素。高剂量糖皮质激素可能有严重后果,且停药后骨丢失效果会逆转。大鼠、兔和羊适合作为糖皮质激素相关性骨质疏松症模型的研究,各有特点。
营养性骨质疏松造模法:通过限制饮食中的钙、维生素 D、蛋白质等摄入建立模型,但饲料配方复杂,普及推广困难,常作为辅助方法。
失用性骨质疏松造模法:由于运动受阻或功能障碍引起骨代谢异常,对防治特定人群骨质疏松有重要现实意义。常用方法有机械固定法、悬吊法等。
脑源性骨质疏松动物模型:破坏大鼠下丘脑弓状核引起骨质疏松,适用于骨质疏松发病机制及防治方面的研究。
基因造模法:采用转基因造模法制作骨质疏松动物模型,敲除 α,β - 雌激素受体或芳香酶等基因,是理想的原发性骨质疏松动物模型。
联合造模法:去势法联合其他造模方法共同构建骨质疏松模型,可缩短造模时间,但干扰因素多且复杂。