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医学外包实验公司构建小鼠肠炎模型全攻略



一、小鼠肠炎模型概述 

(一)模型应用领域

在医学科研领域中,小鼠肠炎模型有着极为重要的应用价值。它主要被用于研究炎症性肠炎(IBD)相关的多个方面,其中涵盖了对病因的探索、发病机制的剖析以及药物筛选等。炎症性肠炎是一种非特异性胃肠道疾病,包括克罗恩病(CD)和溃疡性结肠炎(UC),在全球范围内都有发病情况,且近年来在中国其发病率也呈现逐年上升的趋势,严重危害着人们的健康。目前临床上针对该疾病主要采用水杨酸制剂、皮质类固醇和免疫抑制剂等进行治疗,但治疗效果往往不尽人意,并且长期使用还会带来诸多副作用。而通过构建小鼠肠炎模型,能够帮助科研人员更直观地去观察疾病发展过程,进而为澄清病因、明晰发病机制以及观察药物有效性等提供关键依据,有力地推动相关医学研究不断向前迈进。

(二)常见建模方法类型

构建小鼠肠炎模型常见的方法有多种,比如化学诱导法、免疫介导法等。

化学诱导法是较为常用的一种方式,像使用葡聚糖硫酸钠(DSS)、三硝基苯磺酸(TNBS)、恶唑酮(oxazolon)等外源性化学刺激物来诱导小鼠产生肠道炎症。以 DSS 为例,它是一种聚阴离子衍生物,其诱导结肠炎模型的机制虽仍未十分明确,但通常认为与巨噬细胞功能失调、肠道菌群失调、DSS 对结肠上皮的毒性作用、细胞因子在 DSS 结肠炎模型的发病中起重要作用等机制有关。DSS 作用后会引起小鼠体重减轻、血性腹泻、嗜中性粒细胞浸润等症状,且可以通过给予动物自由饮用不同浓度的 DSS 水溶液,根据用药时间及用药周期制成急性和慢性两种结肠炎模型,该模型症状表现与人类 UC 极为相似,主要表现为腹泻、黏液样便、粪便潜血、肉眼血便、重量减轻、活动度减少,毛色变差等,适用于多种属动物造模,如小鼠、大鼠、仓鼠、豚鼠或猪、兔等,也广泛用于研究炎症性肠炎的病因、发病机制等。

TNBS 它本身不具有抗原性,但与宿主蛋白结合后会引起免疫反应,属于半抗原,用 TNBS 处理小鼠可建立模拟临床克罗恩氏病(CD)的临床前模型,其产生的免疫反应是 Th1 介导的,特征在于 CD4+T 细胞、嗜中性粒细胞和巨噬细胞的浸润,会形成横向进展的炎症,导致透壁结肠炎,很适合研究 CD 的免疫学,也可用于测试新免疫疗法的疗效。

恶唑酮同样属于半抗原,不过它会引起与 TNBS 诱导不同的炎症反应,是一种包括免疫发病机理在内、与临床溃疡性结肠炎更具相似性的模型,诱导的免疫反应是 Th2 介导的,会导致弥漫性结肠炎症,曾用于研究皮肤中的迟发型超敏反应,也用于评估靶向 Th2 介导机制的药物。

免疫介导法也是构建模型的重要手段之一,例如过继性 T 细胞转移模型,是从供体 BALB/c 脾细胞中分离获得 CD4+CD45RBhi T 细胞(CD25-),将这些细胞转移到同基因免疫缺陷的 SCID 或 RAG2-/- 鼠可建立原发性结肠炎症模型,这种炎症是由于 na?ve T 细胞群中缺乏 Treg 细胞所致,常被用来研究致病性 T 细胞在黏膜炎症中的作用,并在该模型中进行大量的 Tregs 和其他 T 细胞群研究。

此外,还有自发突变模型,像 SAMP1/Yit 和 C3H/HeJBir 这类由于自发突变发展出 IBD 的模型,并非因为转基因过表达或基因抑制。SAMP1/Yit 小鼠可用于建立模拟临床 CD 的模型,能发现回肠末端的自发性炎症,而且活化的 CD4 + 和 CD8α+TCRαβ+ T 细胞大量浸入固有层,可用于评估新疗法在不同疾病阶段疗效模型;C3H/HeJBir 亚品系的小鼠发展以急性和慢性炎症为特征的右半结肠炎,为 IBD 发病的免疫机理研究提供了很有价值的模型。以及基因编辑模型,比如敲除 IL-10-/- 小鼠,因 IL-10 KO 小鼠的 Treg 细胞不能产生 IL-10,会出现自发性肠炎,尤其是结肠炎症,其特征是淋巴细胞、巨噬细胞和中性粒细胞的炎症浸润,有助于研究 IBD 的不同免疫机制等。 不同的建模方法各有其适用场景与特点,科研人员会根据具体的研究目的和需求来进行选择。

二、化学诱导法构建小鼠肠炎模型 

(一)DSS 诱导法原理

葡聚糖硫酸钠(DSS)是一种由蔗糖合成的硫酸多糖体,呈白色或灰白色粉末,具有抗凝作用。当 DSS 施用于小鼠时,它会破坏上皮细胞,使得非特异性免疫细胞释放细胞因子,进而导致结肠发炎,其特征在于溃疡和粒细胞浸润。目前的研究主要认为 DSS 诱导结肠炎模型的机制与增加肠道通透性、破坏肠黏膜屏障、上调某些细胞因子(如肿瘤坏死因子、白介素、干扰素、IL-10 和 IL-12)、激活某些通路(如 NF-κB 通路和 TRPV1 通路)或肠道菌群失调等有关。DSS 诱导的 UC 发生可能也与肠道菌群多样性及某些信号通路相关。低浓度的 DSS 能够诱导小鼠慢性溃疡性结肠炎,高浓度的 DSS 能够诱导小鼠急性期溃疡性结肠炎症状,而且不同分子量 DSS 诱导结肠炎症状也存在差异。

(二)急性 DSS 结肠炎模型构建流程

以下是较为常见的急性 DSS 结肠炎模型构建流程:

准备工作:首先要准备好合适的实验小鼠,一般常用 C57BL/6 小鼠,选择 6 - 8 周龄,体重在 20 - 22g 左右的小鼠为宜。每笼饲养的小鼠最多不要超过 5 只,将小鼠标记好,然后称取每只小鼠的基准体重,做好记录。

配置溶液及给予处理:配制 3 - 5%(w/v)的 DSS 水溶液,这里的浓度可以根据不同实验室的饲养条件以及不同的动物品系等因素去选择最佳饮用浓度。接着,用配置好的 DSS 水溶液在实验组动物中取代正常饮用水,让小鼠自由饮用。

更换溶液及观察记录:在第 3 天和第 5 天的时候,要给予待造模小鼠更换新鲜的 3 - 5% DSS 饮用水,保证溶液的新鲜度和浓度稳定性。每天都需要观察动物的一般情况,像饮水量、体重、大便性状,以及是否有便血等情况,并且按照公式 [(体重 — 基准体重)/ 基准体重] X 100 来计算动物每天的体重降低百分比,做好详细的数据记录。

实验收尾:在喂食第 7 天时,可以处死动物,解剖取出肠道组织,然后做病理切片,进行 HE 染色等后续检测分析,以此来观察模型构建的效果。

(三)慢性 DSS 结肠炎模型构建流程

慢性 DSS 结肠炎模型构建流程如下:

前期准备:同样选取合适的实验小鼠,如 C57BL/6 小鼠,6 - 8 周龄,体重合适的个体,每笼饲养小鼠不超过 5 只,对小鼠进行标记并称取基准体重。

初次给予 DSS 水溶液:配制 2 - 3%(w/v)的 DSS 水溶液,依据实际情况选择最佳饮用浓度后,用其取代实验组动物的正常饮用水,让小鼠自由饮用,同时要留意小鼠的饮用情况。

后续操作及循环周期:喂食 5 - 7d 后,用正常饮用水代替 DSS 水溶液让小鼠饮用 7 - 14d,此为一个循环周期。通常要进行 3 - 5 个这样的循环周期,在每个周期内都要做好相应天数的 DSS 水溶液给予、更换以及换回正常饮用水等操作,并且每天持续观察小鼠的一般情况(包括饮水量、体重、大便性状、是否便血等),计算体重降低百分比并记录。

结束与检测:在最后一个循环周期的最后一天,处死动物,解剖取肠道组织,并做病理切片,HE 染色等,进而判断模型构建是否符合预期要求。

(四)DSS 诱导法注意事项

在使用 DSS 诱导法构建小鼠肠炎模型时,有多个方面的要点需要着重注意:

小鼠相关因素:

品系选择:不同品系的小鼠对 DSS 的敏感性和反应可能有所不同,像 C57BL/6 小鼠是比较常用且诱导肠炎相对稳定的品系,但使用 Balb/c 小鼠时,建议提前做好预实验,了解其具体反应特点,以便更好地进行模型构建。

性别差异:小鼠的性别也会影响肠炎模型构建效果,在实验设计时尽量保证实验组和对照组在性别方面的均衡性,或者根据研究目的针对性地选择某一性别的小鼠开展实验。

DSS 相关要点:

浓度控制:无论是构建急性还是慢性模型,DSS 水溶液的浓度都至关重要。浓度过高可能导致小鼠出现过于严重的肠炎症状,甚至死亡,比如小肠出血等情况(轻度小肠出血可能无明显影响,但若出血过多,就需要适当降低 DSS 的浓度);浓度过低则可能无法成功诱导出理想的肠炎模型,达不到预期的病理表现,即使体重出现下降,病理切片 HE 染色也可能没有炎症现象,若出现 7 天未出现明显症状的情况,则需要重新进行实验,并适当增加 0.5 - 1% 的 DSS 的饮用浓度。而且不同批次的 DSS 由于分子量等因素存在差异,其使用浓度也可能需要相应调整,所以建议购买足够的同一批次产品,或者在换用批次之前进行预实验。

溶液配制与保存:DSS 要用无菌水进行配制,并用 0.22μM 滤膜过滤除菌,最好现用现配,而且建议每 1 - 2 天更换一次新配置的 DSS 水溶液,保证其质量和作用效果。

观察与其他方面:

观察小鼠反应:在整个模型构建期间,要每天仔细观察小鼠的各方面情况,包括但不限于体重变化、大便性状、是否有便血、活动状态等,一旦发现异常情况要及时做好记录和分析,判断是正常的个体差异反应还是可能出现了实验问题,例如有的动物可能反应慢,在饮用 DSS 第 5 天才出现体重下降,属于正常现象,但如果出现严重偏离预期的表现,就要考虑调整实验操作等。

饲养环境一致:要保证所有参与实验的小鼠处于相同的饲养条件下,比如温度、湿度、光照等环境因素保持稳定,每笼饲养动物数量建议 2 - 3 只,最多不超过 5 只,同时尽量不要经常更换饲养笼,还要检查水瓶是否漏水等,避免这些外在因素对小鼠状态以及模型构建产生干扰。

三、免疫介导法构建小鼠肠炎模型 

(一)抗原诱导方式

在免疫介导法构建小鼠肠炎模型中,抗原诱导是常用的一种方式。以选择牛血清白蛋白(BSA)作为抗原为例,首先要准备好合适的实验小鼠,一般常用 C57BL/6 小鼠,选取 6 - 8 周龄,体重在 20 - 22g 左右的个体为宜,每笼饲养小鼠数量控制在合适范围,做好标记并记录每只小鼠的基准体重。

接着,将牛血清白蛋白溶解在合适的缓冲液中,配制成相应浓度的溶液,通常浓度会根据具体的实验设计和预实验结果来确定。随后通过腹腔注射的方式对小鼠进行免疫接种,按照一定的时间间隔,比如每隔一周进行一次注射,连续注射数次,以此来让小鼠的免疫系统对该抗原产生免疫反应。

在这个过程中,机体的免疫系统会识别外来的牛血清白蛋白抗原,进而激活相关的免疫细胞,像 T 淋巴细胞、B 淋巴细胞等开始增殖、分化,并分泌各类细胞因子。这些细胞因子会进一步影响肠道局部的免疫微环境,破坏肠道黏膜的免疫稳态,诱导结肠等部位产生炎症反应,最终构建出符合实验需求的小鼠肠炎模型,可用于后续对肠炎发病机制、药物疗效评估等相关研究。

(二)细胞因子诱导方式

另一种免疫介导法构建小鼠肠炎模型的途径是细胞因子诱导,比如利用 IL - 10 缺失小鼠来诱导结肠炎。IL - 10 在正常机体中起着重要的免疫调节作用,能够抑制过度的免疫反应,维持肠道免疫耐受和黏膜屏障的稳定。

对于 IL - 10 缺失的小鼠(IL - 10 - /- 小鼠),由于其体内缺乏 IL - 10 这种关键的免疫调节细胞因子,肠道内原本受到抑制的免疫反应就会失去调控,出现过度激活的情况。具体来说,T 淋巴细胞、巨噬细胞等免疫细胞的活性不能得到有效抑制,它们会大量分泌如肿瘤坏死因子 - α(TNF - α)、干扰素 - γ(IFN - γ)等促炎细胞因子,这些促炎因子在肠道局部不断累积,使得肠道黏膜的通透性增加,肠上皮细胞受到损伤,肠道内的微生物菌群也会发生紊乱,进而引发肠道的慢性炎症反应,形成结肠炎模型。

科研人员可以通过观察这些 IL - 10 缺失小鼠的肠道症状表现,例如体重变化、大便性状改变、是否出现便血等情况,以及检测肠道组织病理切片中炎症细胞的浸润程度、肠黏膜结构的破坏情况等指标,来判断模型构建的效果,并且利用该模型进一步深入探究炎症性肠病的发病机制以及筛选对肠炎有治疗效果的药物等。

四、模型验证与评估手段 

(一)常见的症状观察指标

在小鼠肠炎模型构建完成后,对其进行验证与评估是至关重要的环节。其中,通过观察小鼠外在表现来评估结肠炎严重程度是较为直观且常用的手段。

首先,小鼠体重变化是关键指标之一。在肠炎发生时,由于肠道炎症影响营养吸收等功能,小鼠体重往往会出现不同程度的下降。科研人员可定期对小鼠称重,例如每天或每隔几天在相同时间、相同条件下(如空腹状态)称重,并记录数据,对比造模前后以及不同阶段的体重情况,以此来判断肠炎对小鼠身体状况的影响程度。若体重持续快速下降,可能提示肠炎较为严重;而体重逐渐稳定或有所回升,则或许意味着炎症得到了一定控制或者机体正在恢复。

其次,粪便特征也是重要观察点。正常小鼠的粪便通常是成型且质地相对较硬的,而患肠炎的小鼠粪便性状会发生改变,可能出现松散大便、不黏附于肛门的糊状、半成形大便,严重时会呈现可黏附于肛门的稀水样便,甚至出现血便情况。通过每天观察小鼠粪便的外观、质地等情况,并做好相应记录,能辅助判断肠炎的发展情况以及模型构建是否符合预期。

再者,小鼠的行为状态也不容忽视。健康的小鼠活动较为活跃,会正常进食、饮水、梳理毛发等。但患有肠炎的小鼠,可能因为腹部不适、身体虚弱等原因,出现活动度减少、精神萎靡、蜷缩在角落、对周围环境反应迟钝、进食和饮水量下降等表现。观察这些行为状态的变化,同样有助于了解肠炎模型中小鼠的整体健康状态以及炎症的严重程度,进而综合评估模型的有效性。

(二)组织学与其他检测手段

除了外在症状观察外,还需要借助多种检测手段来全面验证小鼠肠炎模型。

组织学检查方面,结肠组织切片 HE 染色是常用方法之一。在合适的时间点(如模型构建完成后)处死小鼠,迅速取出结肠组织,经过固定、脱水、石蜡包埋、切片等一系列规范操作后,进行 HE 染色。然后在显微镜下观察结肠组织的病理学改变,例如查看有无黏膜上皮细胞损伤、溃疡形成、粒细胞浸润、炎症细胞的聚集情况以及组织结构的完整性等。若能观察到典型的炎症病理特征,像黏膜层出现炎症细胞大量浸润、腺体结构破坏、黏膜糜烂或溃疡等现象,则表明肠炎模型构建成功,且可以根据病理改变的程度来进一步衡量炎症的严重程度。

ELISA 检测炎症因子也是重要的验证方式。通过采集小鼠的血液、结肠组织等样本,利用 ELISA 试剂盒检测其中各类炎症因子的含量变化,常见的如肿瘤坏死因子(TNF-α)、白介素(IL)系列(如 IL-1β、IL-6、IL-10 等)、干扰素(IFN-γ)等。在肠炎发生时,这些炎症因子的表达水平往往会出现异常升高或降低,与正常小鼠形成明显差异。例如,促炎因子 TNF-α、IL-1β、IL-6 等含量会显著增加,反映炎症反应的激活状态;而具有抗炎作用的 IL-10 等因子可能会因为机体调节机制的变化而出现相应波动。检测这些炎症因子的变化情况,有助于从分子水平上对肠炎模型进行评估,并且可以分析模型中小鼠体内的炎症调控机制是否符合预期的研究要求。

此外,疾病活动指数(DAI)评估也是常用手段。DAI 通常综合考虑小鼠的体重变化、大便性状以及是否出现血便等多个方面的情况,按照设定好的评分标准进行打分,将各项指标的得分相加后得到总的疾病活动指数。一般来说,分数越高,表明小鼠肠炎的严重程度越高,模型所呈现出的炎症状态越明显,进而可以判断模型是否能够有效模拟临床上肠炎疾病的特征,是否适用于后续如药物筛选、发病机制探究等相关研究。

综上所述,通过这些组织学与其他检测手段的综合运用,可以更加全面、准确地对构建的小鼠肠炎模型进行验证与评估,确保其符合科研需求,为后续的医学研究提供可靠的基础。

五、外包合作流程与要点 

(一)合作前期沟通咨询

当医学外包实验公司与客户开启合作时,前期的沟通咨询环节至关重要。客户需要向公司尽可能详细地提供实验方法相关信息,例如打算采用化学诱导法还是免疫介导法构建小鼠肠炎模型,若是化学诱导法,具体准备使用哪种化学物质,像葡聚糖硫酸钠(DSS)、三硝基苯磺酸(TNBS)还是其他等;若是免疫介导法,是选择抗原诱导方式还是细胞因子诱导方式等内容都要明确说明。

同时,实验内容方面,要讲清楚是构建急性肠炎模型还是慢性肠炎模型,亦或是其他特殊要求的肠炎模型,以及计划针对炎症性肠炎(IBD)的哪些具体研究方向,比如是侧重病因探索、发病机制剖析还是药物筛选等。对于实验要求,像对小鼠的品系、性别、周龄、体重范围有无特殊要求,实验结果希望达到怎样的精准度、需要呈现哪些具体数据等都得告知外包公司。

公司在接收到这些信息后,会安排专业的项目员、技术员依据过往经验以及相关的实验文献检索,对实验项目进行可行性评估。他们会考量现有的实验条件、技术手段是否能够满足客户需求,所选用的建模方法在理论和实践操作中是否可行,确保后续实验能够顺利开展。

(二)合同签订与实验开展

在双方经过充分沟通,确定实验项目具有可行性后,接下来便会进入合同签订与实验开展阶段。首先,双方会签订实验服务合同以及保密协议,以此来明确双方的权利、义务以及需要遵守的保密条款,保障合作的规范性和客户信息、实验数据等的安全性。

合同签订完成后,外包公司会依据之前沟通确定的内容,出具一份详细的实验方案,方案中涵盖实验具体步骤、使用的试剂和仪器设备、各阶段的时间节点安排、预期结果等内容。随后,客户需要按照要求寄送实验样本和试剂到外包公司指定地点。

公司的技术员在收到样本和试剂后,会先开展预实验。例如在采用 DSS 诱导构建小鼠肠炎模型时,会先选取少量符合要求的小鼠,按照预定的浓度配置 DSS 水溶液,让小鼠饮用,观察小鼠的反应,如体重变化、粪便性状等,以此来检验实验方案的合理性,看看是否需要对诸如 DSS 浓度、观察周期等环节进行调整优化。在预实验完成且确认无误后,便会正式开展大规模的实验,并且会在公司网站的个人中心实时更新实验进度,方便客户随时了解情况。

(三)实验结果与报告交付

当实验按照计划完成后,外包公司会出具一份详细的实验报告交付给客户。这份报告内容十分全面,包含实验分组情况,清晰地列出实验组、对照组的设置细节;实验结果部分会呈现诸如小鼠的体重变化数据、粪便特征记录、组织学检测结果(像结肠组织切片 HE 染色观察到的病理改变、炎症细胞浸润情况等)以及 ELISA 检测炎症因子的含量变化等多方面的数据和现象描述;接着会给出基于这些结果得出的实验结论,明确模型构建是否成功,是否符合预期研究要求等;同时还会附上详细的实验步骤,方便客户回顾整个实验流程或者进行后续的参考、审核等。

除了实验报告外,对于实验过程中产生的数据文件,例如记录小鼠体重、症状观察等的原始数据表格,还有绘制的图表(像用 GraphPad 软件制作的体现各指标变化趋势的图表等),公司也会一并交付。


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