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实验动物科学概述

2017年07月10日 17:41  点击:[]

利用动物作为人类的替身进行试验,经有可考的文字记载,已有很长的历史了。经历悠悠漫长岁月,随着人类社会的进步,自然科学和生物医学的发展,至上世纪50年代以后,实验动物学逐渐发展成为一门具有自身理论体系的独立学科。该学科从动物学、环境生态学、遗传学、生理学、营养学、微生物学和病理学等角度,对实验动物的群体和个体、各器官组织,以及细胞直至分子水平作多层次、全方位的系统研究,培育出多种符合使用要求(标准)的实验动物,并制作出了一系列人类疾病的动物模型,提供给与生物医学以及环保、商检、质检和军事科学等广阔领域应用。实验动物为生命科学的高水平发展奠定了重要的物质基础。

<一>实验动物学的学科概念

实验动物(Laboratory Animal,LA)指由人工培育,来源清楚,遗传背景明确,对其携带的微生物和寄生虫实行监控,用于生命科学研究、药品与生物制品生产和检定,以及其他科学研究的动物。实验动物追溯其祖先,可来源于野生动物、经济动物(家畜、家禽)、警卫动物和观赏动物等,但却有别于这类动物。实验动物一般具有以下三大特点:

遗传学要求。必须是人工培育,来源清楚,遗传背景明确的动物。即实验动物应是遗传限定,且经人工培育的动物。依其遗传纯合程度,可把实验动物划分为近交系(Inbred-strain)突变系(Mutant strain)系统杂交(Hybrid Colony)动物封闭群(Closed colony or outbred stock)动物四大类群。

微生物和寄生虫的监控要求。在实验动物繁育的全过程中,必须严格监控其携带的微生物和寄生虫。目前,我国将对其微生物和寄生虫的控制程度划分为四个等级:即普通动物(Conventional animal,CV),清洁动物(Clean animal,CL or Clean conventional animal,CCV),无特定病原体动物(Specific pathogen free animal,SPF),无菌动物(Germ free animal,GF)。后者包括悉生动物(Gnotobiotes animal,GN)。SPF和GF动物不仅人工监控其携带的微生物、寄生虫,而且是经剖腹产净化获得的。国际上是把实验动物的微生物和寄生虫控制分成普通动物,SPF动物和无菌动物(悉生动物)三个等级。

应用要求。实验动物主要是应用于科学实验。有学者称之为“活的分析天平”,如同理化实验,需要精密仪器和高纯度试剂一样。生命科学研究及其相关的试验,要求实验动物对试验因素敏感性强,反应高度一致,使试验研究结果具

有可靠性、精确性、可比性、可重复性和科学性。

未经驯化的野生动物,有时也用于实验,但由于遗传背景不清楚,健康状况不稳定,因而对试验物反应缺乏一致性,实验结果可信度和重复性都很差,而不被国际学术界所承认。如家畜、家禽等经济动物,由于它们对某些实验具有较高的敏感性,实验操作也方便,亦会作为实验之用。如果按照实验动物的质量要求,加以培育和严格的监控,是可以把它们开发成为很好的实验动物。

实验动物学及其基本内容:

实验动物学(Laboratory animal science LAS)是以实验动物为主要研究对象,并将培育的实验动物应用于生命科学等研究的一门综合性学科。包含了:一方面对实验动物本身进行生物学特性的系统研究,实施遗传育种、保种以维持其遗传学和生物学特征,培育新品系,并生产繁育出标准化的实验动物;另一方面是用标准化实验动物进行科学实验,研究生命的生理、生化过程,组织形态、机能反应等,并在动物自然发生的疾病及人为制作的病理模型中,观察疾病发生、发展规律,研究药物等各种因素的作用。因而实验动物学支撑了生物与医药学,以及环保、商检、质检和军事科学等广阔的领域。

实验动物学经过几十年的积累,并积极吸收其他学科的发展成果,至今已形成了较完整的理论体系,还派生出众多的分支学科,如,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、动物实验、实验动物饲养管理等等,它们按照各自特定的领域在迅速发展。

<二>实验动物学发展简史

古代的动物试验

公元前100多年,古希腊帝王嗜好研究毒药与解毒药,其中许多药物的知识,是来自动物试验。古代阿拉伯医生,研究汞软膏时曾试用于猴子,为汞制剂以后的临床应用提供了重要的依据。在欧洲医学发展史上,动物试验推动医学发展的事例不少,现今临床常用的输血疗法,就是通过同种及不同种动物的大量试验而奠定其应用基础。19世纪初,法国医学家是从研究箭毒入手,开创了近代实验药理学。

我国古代,通过观察药物对动物的作用,而获取药物知识的事例比比皆是,其中有关药物毒性试验的记载尤为多见。如<<山海经>>对药物按功能划分,就有“毒药”与“解毒药”的记载。在我国古代文献中,还有许多由动物试验而发现新药物、新疗法,其后还有进一步通过医疗实践总结经验的记载。中医药学是我国的瑰宝,古代的动物试验对推动它的发展起了重要的作用。我国古代还有通过动物试验来破案的记载,可见古代人们对动物试验已有相当的认识。

实验动物学的形成与发展:

实验动物学是现代科学的产物,与现代的动物学、解剖学、遗传学、生理学、免疫学、微生物学、寄生虫学、畜牧兽医学等相关学科的建立及发展密切相关。这众多学科都是属于实验生物学的大范畴,特别是在动物实验的基础上形成和发展起来的,而这些学科的发展,同时为实验动物学的建立打下了基础。可以说,先有动物实验,后来发展成实验动物学。

在20世纪初,动物试验相当活跃,1909年用近亲繁殖法培育出第一株近交系小鼠,1915年研究成功第一个无菌动物饲养用的金属隔离器,1914年开始出现疾病动物模型,用沥青长期涂抹兔的耳朵,成功地诱发皮肤癌,证实化学物质可以致癌的理论。1918年,我国也开始饲养繁殖小鼠做试验,并陆续从国外引进小鼠、大鼠、兔和金黄地鼠等饲养繁殖。

实验动物学被看作一门独立学科,是在20世纪中、后期的事情。1944年,美国科学院首次把实验动物标准化的问题提上了议事日程,人们通常把这一事件看作是现代实验动物学的起点。1956年,联合国组织建立了“国际实验动物科学委员会”(CLAS)。随后,美国、德国、日本、加拿大等国,相继建立起本国的实验动物全国机构,提出了实验动物管理的条例、法规和规范。从始,实验动物学作为一门独立的学科,开辟自己独有的领域,更迅速地发展。

我国实验动物学的发展

20世纪初,北平中央防疫处等少数单位开始了实验动物的饲养、繁殖和试验,成为我国实验动物学发展的开端。20世纪50年代,建成了六大生物制品研究所,都相应地建设了规模较大的实验动物饲养、繁殖基地。其后,一些高等院校、医药研究所、药厂、药品检定和卫生防疫等机构,亦相继建立了实验动物饲养繁殖室。

十一届三中全会为我国的科学事业,同样也为实验动物科学的发展,注入了生机和活力。国家对实验动物学的发展予以高度重视,在开展调查研究的基础上,分别在1982年和1985年,两次召开全国实验动物科技工作会议,研究制定我国实验动物科技发展战略。国家卫生部也在1983年至1999年间,四次召开全国医学实验动物工作会议。国家着手组建云南、上海、北京、天津等四个国家级实验动物中心。1988年,原国家科委颁布了<<实验动物管理条例>>,标志着我国实验动物工作走上了行政法规管理的轨道。随后,发布了实验动物国家标准(1994和2001),《实验动物质量管理办法(1997)》,《实验动物许可证管理办法(试行)(2001)》;<<国家医药局实验动物管理办法>>(1991)等各项规定,各地也陆续成立实验动物质量管理机构,并先后实行了实验动物合格证制度和实验动物许可证制度。这期间,基础设施的建设、辅助用品的生产及技术队伍的教育、培训和建设,实验动物的科学研究等都有了很大的发展。

目前,全国实验动物生产繁育设施达50多万平方米,动物实验设施达近30万平方米。此外,全国还配套发展了一批实验动物饲料厂、笼具厂和空气净化装修公司等,能生产各类规格的实验动物用品。北京农业大学等一批高校已开设了实验动物学专业,部分院校还招收和培养了硕士和博士研究生,甚至设立了博士后科研流动站。目前仅医学实验动物的从业人员已近1万人,形成一支可观的技术队伍。实验动物的科学研究,逐渐活跃,投入的科研经费逐年增加,“九五”期间,国家科技部和各省、市、自治区共投入科研经费2500多万,呈大幅度增加的趋势。有数据显示,1998年全国生产和使用各种实验动物的数量已达1000多万只,比1991年增长30%以上。上述的情况表明,我国实验动物的学科建设已朝管理规范化、生产规模化、供应社会化和商品化的方向发展。

<三>实验动物学的应用与发展前景

实验动物学在生命科学研究中的意义:

实验动物是生命科学研究中必须具备的四个基本条件之一,研究适合需要又符合使用标准的实验动物,与掌握高精度仪器,拥有高纯度试剂和及时占有资料信息一样,具有重要的意义。如生物工程、生物医学等领域都离不开使用高品质的实验动物。生物医学的主要研究任务,是探究人类疾病的发生、发展和转归的机理。实验不可能首先在人体身上进行,而必须使用实验动物反复试验。这样,实验动物本身的遗传、生理等因素,以及反应的敏感性和一致性,就直接关系到实验结果的可靠性和可重复性。从这一意义上讲,实验动物品质的高低,直接影响到生命科学实验研究的水平。生命科学是今后发展极为迅速

的领域之一,作为它的一个支撑学科的实验动物学,需要发展、壮大,而具有广阔的发展前景,则是确定无疑的。实验动物在新药、保健食品、化妆品甚至农药等的研制过程和产品正式投产前的毒性、安全性评价试验,都必须作整体的动物试验。药品的进出口也需要实验动物进行评价试验。所使用的实验动物的类别和品质,关系到这些研制数据或评价试验结果的准确及可靠的程度。此外,生物制品如疫苗、诊断用血清和免疫血清等的研制、生产和评价也必须使用实验动物。所以,实验动物学的发展、壮大,不仅是一个学科的事情,而是关系到国计民生的大事。

实验动物在环境保护和军事科学中的应用:

环境评价、理化因子对环境生物的影响等,动物试验是作出准确评价的重要手段之一。在军事科学和武器研制等方面,如各种武器的杀伤效果,化学、辐射、细菌、激光武器的效果及其防护,都需要实验动物的参与。在宇航科学试验中,实验动物也为人类取得了许多有价值的数据。

如上所述,实验动物学是有着广阔的发展前景的,我国正在大力推进生命科学的研究与开发,无疑是对实验动物学的发展提出更高的要求。在实验动物的标准化方面;在新品种、品系的研究与开发方面;在动物疾病模型和功能基因模型的研究方面;在提倡爱护实验动物,讲究动物福利的前提下,积极开展实验动物的替代研究等方面,都是我们要在“十五”期间积极推动实验动物学发展的方向。

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