人類疾病的動物模型

1、第九章 人類疾病動物模型,,第一節(jié) 概 述一、人類疾病動物模型的定義：●人類疾病動物模型（Animal Model of Human Diseases）是指醫(yī)學中建立的具有人類疾病模擬表現(xiàn)的動物實驗對象和相關材料。●模擬表現(xiàn) 與人類疾病的相似性●實驗對象 實驗動物及其他動物 ●相關材料 組織、器官、細胞、基因、蛋白質等,醫(yī)學研究,,人為實驗對象法律和倫理,研究材料動態(tài)和靜態(tài),臨床經驗積累時間和空間,

2、醫(yī)學研究,,,,,比較醫(yī)學研究,基礎醫(yī)學研究,臨床醫(yī)學研究,解剖學、組織學、生理學病理學、藥理學、毒理學,遺傳學、腫瘤學、免疫學病毒學、營養(yǎng)學,外科學、內科學、兒科學婦產科學、五官科學,遺傳條件控制,健康條件控制,營養(yǎng)條件控制,環(huán)境條件控制,生物學特性,,動物模型,6,韋塞留斯（豬、犬）解剖實驗哈維（蛙、犬） 血液循環(huán)列文虎克（魚、蛙、鳥）紅細胞形態(tài)觀察,公元前古印度堯舜時期亞里斯多德解剖學和胚胎學埃拉吉斯塔特，活體動物

3、實驗，氣管肺的功能古羅馬,古代,中世紀,近代,現(xiàn)代,巴甫洛夫（犬）條件反射里歇（豚鼠）過敏反應恩德斯（猴） 小兒麻痹疫苗人類試管嬰兒,捷納爾（牛痘疫苗）科赫（牛、羊） 細菌與疾病巴斯德 （狂犬病疫苗）,二、疾病動物模型發(fā)展史,21世紀諾貝爾獎,●2001年，勒蘭德·哈特韋爾等，發(fā)現(xiàn)細胞周期中的關鍵調節(jié)因子。（酵母和海膽）●2002年，悉尼·布倫納（英國）等，發(fā)現(xiàn)器官發(fā)育和細胞程序化凋亡的遺傳調控機

4、理 （線蟲）●2005年，巴里·馬歇爾等，發(fā)現(xiàn)了幽門螺旋桿菌以及該細菌對消化性潰瘍病的致病機理。（幼豬）,21世紀諾貝爾獎,●2006年，安德魯·法爾等，發(fā)現(xiàn)了RNA干擾機制。（線蟲）●2007年，馬里奧-卡佩基等、突破性發(fā)現(xiàn)為“基因靶向”技術的發(fā)展奠定了基礎（小鼠）●2008年，哈拉爾德-楚爾-豪森等，發(fā)現(xiàn)了人乳頭狀瘤病毒（兔） ●2009年，伊麗莎白-布萊克本等、解決了染色體在細胞分裂過程中,21世紀諾貝爾

5、獎,是怎樣實現(xiàn)完全復制，（四膜蟲、酵母） ●2010年，羅伯特-愛德華茲在體外受精技術領域做出的開創(chuàng)性貢獻。（兔）●2011年，布魯斯-博伊特勒等、發(fā)現(xiàn)了免疫系統(tǒng)激活的關鍵原理。（小鼠和果蠅）●2012年， 山中伸彌等因在細胞核重新編程研究領域的杰出貢獻。（小鼠）,二、疾病動物模型發(fā)展史,,,,,,,,,,胰島素和糖尿病,體細胞克隆技術,條件反射,化學誘癌,器官移植,過敏反應,應激學說,試管嬰兒,醫(yī)學成果,NIH（1961）病理培訓

6、委員會主辦第一次比較病理研討會 ， 會上首次提出加強開發(fā)人類疾病動物模型,FASEB（1968） 人類疾病研究中動物模型選擇專題研討會 ， 會議此后每年舉辦,ACLAM（1968） 出版《生物醫(yī)學研究的動物模型》一書,美國（1972）比較病理注冊處開始出版《人類疾病動物模型手冊》，每年增補新內容,Hegreberg等（1982）出版《動物模型一覽》，收集4000余種,日本實驗動物學會（1979～1982） 出版《難治疾患模型的動物實驗

7、》一書,,,國外進展,齊長慶教授（1918）在原北平中央防疫處開始飼養(yǎng)小鼠；協(xié)和醫(yī)學院（1919） 就有中國地鼠的糖尿病模型；謝恩增教授用地鼠做肺炎球菌的堅定,吳憲教授（30年代）引進Wistar大鼠，開始進行營養(yǎng)食品毒理研究，蛋白質變性學說；李銘新教授（40年代）卵巢顆粒細胞瘤和黃體瘤動物模型,湯飛凡教授（1944）從印度引進Swiss小鼠，并培育成昆明種小鼠；藍春霖教授（1948）從美國引進金黃地鼠,郭瑤教授（1982）出版《人類疾

8、病動物模型》，程鴻教授1988）主譯出版《人類疾病動物模型》，徐兆光教授（1988）出版《比較醫(yī)學進展》，施新猷教授（2003）出版《比較醫(yī)學》等系列書籍,衛(wèi)生部（1983） 國內共有動物模型241個，瘤細胞株64個，包括糖尿病中國地鼠、侏儒癥小鼠、角膜白班小鼠、聽源性癲癇大鼠等,,,國內進展,國內出版的部分動物模型專著,三、使用人類疾病動物模型的意義,● 避免人體實驗的風險,● 簡化實驗操作和樣品收集,● 提供發(fā)病率較低的疾病材料,●

9、 有助于更全面地認識疾病本質,● 便于材料的獲取與比較,醫(yī)學研究,,與人類疾病相似程度高而全,標準化動物生物學特性,復制條件與實驗結果經典型模型非經典型模型,比較醫(yī)學原則,,,四、人類疾病動物模型評價原則,,相似性,重復性,可靠性,醫(yī)學研究,,法律和法規(guī)尊重動物權利,減少、替代及優(yōu)化方法,降低應激傷害約束行為方法,福利及3R原則,,,四、人類疾病動物模型評價原則,,動物福利,動物倫理,3R,醫(yī)學研究,,實驗條件易控建模

10、時間短實驗耗費少實驗結果理想,操作技術簡單實驗結果理想適用范圍廣泛,整體實驗條件控制原則,,,四、人類疾病動物模型評價原則,經濟性與可控性,易行性與適用性,小鼠＞大鼠＞豚鼠＞兔＞犬＞非人靈長類,實驗動物＞經濟動物 ＞觀賞動物 ＞野生動物,五、 人類疾病動物模型分類（一）按產生原因分類1. 誘發(fā)性動物模型(Induced animal model)：指通過物理、化學、生物等致病因素人工誘發(fā)動物產生某些類似人類疾病的模型。優(yōu)

11、點：制作方法簡單，時間短，實驗條件單純，容易控制缺點：可比性差，有局限性應用：廣而多,,2. 自發(fā)性動物模型（Spontaneous animal model）指動物自然發(fā)生的疾病或由于基因突變的異常表現(xiàn)通過定向培育而保留下來的疾病模型。優(yōu)點：與人類疾病較為接近，人為因素小，可比性強。缺點：制作費時，專業(yè)性強，實驗條件復雜，不容易控制，種類少。應用：逐漸增多,3. 抗疾病型動物模型（Negative animal model）

12、：指特定的疾病不會在某種動物身上發(fā)生。借助此種模型可探討動物對某種疾病為何有天然的抵抗力?！駯|方田鼠的血吸蟲感染4. 生物醫(yī)學動物模型（Biomedical animal Model）：指動物生物學特征來提供人類疾病相似表現(xiàn)的疾病模型。●長爪沙鼠缺乏基底動脈環(huán)→研究中風模型,（二）按系統(tǒng)范圍分類1．疾病基本病理過程動物模型：指致病因素在一定條件下作用于動物后所出現(xiàn)的共同性的功能、代謝和形態(tài)結構某些改變的動物模型。共同表現(xiàn)：主要

13、是發(fā)熱、炎癥、休克、嘔吐、腹瀉、電解質紊亂等基本病理變化2．各系統(tǒng)疾病的動物模型：指與人類各系統(tǒng)疾病相應的動物模型，如神經、心血管、呼吸、消化、泌尿等系統(tǒng)疾病相應的動物模型。,,3.中醫(yī)證候動物模型指利用祖國傳統(tǒng)醫(yī)學的獨特理論體系“辨證論治”，在實驗動物身上復制臨床不同的證候，以不同的證型表現(xiàn)出來具有中國特色的動物模型。●按中醫(yī)證分類如陽虛、陰虛、氣虛、脾虛、腎虛、血虛、血瘀、寒證、熱證等動物模型●按中藥理論分類如清熱藥、瀉

14、下藥、理氣藥、祛風濕藥、活血化瘀藥等動物模型,（三）按模型種類分類1.整體動物模型 分組試驗，血液、尿液、組織、器官（病理、生化、血壓、心率等）指標2.組織細胞動物模型 離體組織和細胞實驗、體外培養(yǎng)與實驗3.分子動物模型 染色體、DNA、蛋白質、基因,,六、疾病動物模型的致病因素,,物理因素,,復合因素,,化學因素,,手術因素,,機械力、溫度、放射線等,,,,幾種因素合并誘發(fā),外科手術器官移植,,,生物因素

15、,細菌病毒寄生蟲,化學藥物（致癌、中毒等）,誘發(fā)因素,,六、疾病動物模型的致病因素,自發(fā)因素,,,自發(fā)性疾病,基因突變,,,,,,,疾病散發(fā),數量不夠,難以認識,個體突變,定向培育,性狀驗證,,,,一、誘發(fā)性腫瘤動物模型(Animal Models Of Induced Tumor)指應用各種致癌因素（如化學、物理、生物等物質）在實驗條件下誘發(fā)動物發(fā)生腫瘤的動物模型。,（ 二、自發(fā)性腫瘤動物模型（Animal Mode

16、ls of Spontaneous Tumor）指實驗動物在自然情況下未經任何有意識的人工處置所發(fā)生的腫瘤。,,,腫瘤動物模型是腫瘤學研究領域常用的實驗平臺，也是腫瘤臨床和基礎研究工作中不可替代的重要工具。,,,三、移植性腫瘤動物模型（Animal Models Of Transplantation Tumor）是指把動物或人的腫瘤移植到同系、同種或異種動物體內，并能在受體動物體內繼續(xù)傳代和生長的腫瘤。,四、轉基因腫瘤動物

17、模型(Animal Models Of Transgenic Tumor)是指通過重組DNA技術將外源腫瘤基因或相關基因導入動物染色體基因組，使之穩(wěn)定表達并能遺傳給后代的一類腫瘤動物模型。,,第二節(jié) 腫瘤動物模型,,一、誘發(fā)性腫瘤動物模型,,1.經口給藥法 將致癌物溶于飲水或以某種方式混合于動物飼料中，自然喂養(yǎng)或灌喂動物。2.注射法 將致癌物溶于可溶性液體或懸浮于適宜的載體內，經各種途徑注入動物不同部位。3.涂

18、抹法 將致癌物涂抹于動物的背側和耳部皮膚的方法。4.氣管注入法 將顆粒狀致癌物制成懸浮液直接注入動物氣管內5.穿線法 將致癌物置于無菌試管內，加熱使致癌物升華，吸附于預制的線結上，然后將含有致癌物的線結穿入動物的靶器官或靶組織內。6.埋藏法 將致癌物包埋于動物皮下或其它組織內，或將經致癌物作用過的細胞、組織、器官移植于同種或同品系動物皮下。,一、誘發(fā)性腫瘤動物模型,優(yōu)點●制作方法簡便，實驗時間短，較易人為

19、控制。 ●形成的癌變率遠高于自然發(fā)病率，惡性程度相對也高，更易利用誘發(fā)的腫瘤組織建立相應的腫瘤細胞系和移植性腫瘤動物模型。●較短的時間內可以大量復制，能基本模擬人體癌變發(fā)生的過程，在腫瘤實驗研究中優(yōu)于自發(fā)性腫瘤。缺點●與人體腫瘤在發(fā)病機制和腫瘤的內在特征方面有所不同，有些人體腫瘤目前尚難以用人工方法誘發(fā)。 ●模型成功率多數達不到100%，腫瘤潛伏期個體差異較大，不易同時獲得病程或瘤塊大小較均一的動物；誘發(fā)的腫瘤組織浸潤和轉移

20、能力較低。●研究應用目前受到環(huán)境保護的限制。,二、自發(fā)性腫瘤動物模型,優(yōu)點 ●自發(fā)性腫瘤的發(fā)生條件接近于自然，基本再現(xiàn)了腫瘤發(fā)生、發(fā)展的全過程?！窨梢粤私夂驼莆者z傳因素在腫瘤發(fā)生上的作用，也有可能發(fā)現(xiàn)人類以前未知的致癌因素?！駝游镒园l(fā)性腫瘤在組織發(fā)生、病理形態(tài)學特征、臨床癥狀和轉歸方面，都與人類腫瘤相似?！駥嶒灲Y果更有利于外推于人，也是移植性腫瘤研究的主要組織材料來源。缺點●大多數自發(fā)性腫瘤的發(fā)生情況參差不齊，很難在

21、短時間內獲得大量病程相似的腫瘤材料。●腫瘤生長速度較慢，實驗周期相對較長，實驗耗費較多。●自發(fā)性腫瘤動物模型很少用于腫瘤藥效學研究。,優(yōu)點●移植性腫瘤可供選擇的細胞系或細胞株較多，這些細胞的生物學特性比較明確，背景資料也比較清楚?！駛€體差異相對較小，接種成活率較高，宿主的荷瘤壽命比較接近，易于客觀判斷實驗結果?！褚浦擦隹蛇M行連續(xù)傳代，模型重復性好，實驗周期通常較短?！褚浦残阅[瘤模型應該滿足以下基本要求：即模型來源可靠及生物學

22、特性明確、操作方法簡便、實驗周期合適、成瘤率高、具有可重復性、易于推廣應用等。缺點●腫瘤生長速度快，增殖比率高，體積倍增時間短，與人的實體瘤差別很大。,三、移植性腫瘤動物模型,優(yōu)點●小鼠基因與人類基因95％以上同源，目前已建立的各種轉基因腫瘤動物模型均以小鼠為主?！裢庠茨[瘤基因導入整合效率較高，不需要載體，直接轉移外源基因。 ●轉基因腫瘤模型與自發(fā)性腫瘤模型的腫瘤發(fā)生發(fā)展過程相似，與臨床人類腫瘤的相關性較好。 缺點●外源

23、腫瘤基因的整合位點和整合拷貝數都無法控制，易造成宿主動物基因組的插入突變，引起相應的性狀改變；實驗周期較長，腫瘤發(fā)生參差不齊，實驗成本較高。●部分品系的轉基因腫瘤動物繁育能力較低，純合子不易存活，使得動物的保種傳代工作難以進行。,四、轉基因腫瘤動物模型,●心肌炎動物模型 病毒感染，實驗條件●心肌梗死動物模型　　冠狀動脈結扎，手術條件限制●高血壓動物模型 自發(fā)和誘發(fā)●動脈粥樣硬化動物模型 高脂飼料,心血管疾病動物模型,

24、●精神抑郁癥動物模型 遺傳、家庭、社會因素等，復制時間長，評價標準●老年癡呆癥動物模型 遺傳、家庭、社會因素等發(fā)病條件，復制時間長，評價標準●帕金森病動物模型 6-羥多巴胺，注射點，評價方法,神經系統(tǒng)疾病動物模型,●糖尿病動物模型 自發(fā)和誘發(fā) ●高黏血癥動物模型 高脂飼料，化學藥物（環(huán)磷酰胺，高分子右旋糖苷等），與人類差異 ●高尿酸血癥動物模型 嘌呤代謝產物，與人類差異（腎臟病理特征），（嚙齒類、

25、禽類、鵪鶉）模型●高脂血癥動物模型 脂肪乳劑灌胃（血液生化指標好，但病理特征不吻合）,代謝性疾病動物模型,●SARS動物模型 非人靈長類，臨床癥狀與人類有差異，實驗條件●禽流感動物模型 小鼠，病理變化與人類相似，但臨床癥狀則完全不同，實驗條件●AIDS動物模型 非人靈長類，病毒檢測及免疫指標較好，臨床癥狀不理想，實驗條件●肝炎動物模型 各類肝炎，非人靈長類，實驗條件,感染性疾病動物模型,THANK YOU