實驗動物學

LaboratoryAnimalScience1

實驗動物學教研室孫偉

TEL81870264疾病與健康？十大疑難疾病世界中國莫吉隆斯癥惡性腫瘤慢性疲勞綜合癥腦血管病庫賈氏病，也稱瘋牛病呼吸系統病精神分裂癥心臟病自身免疫失調損傷和中毒異食癖消化系統病禽流感內分泌、營養和代謝及免疫疾病普通感冒泌尿、生殖系統病阿茲海默病，即老年癡呆癥神經系統病艾滋病圍生期病課程簡介實驗動物緒論（概念、學科發展概況及趨勢等）遺傳學控制（近交系、封閉群、雜交群的培育、特性及其應用）微生物學控制（普通、清潔、SPF及無菌動物的培育、特性及其應用）環境控制營養控制各種實驗動物的特性及其應用動物實驗動物實驗的設計實驗動物的選擇動物實驗的基本技術和方法人類疾病動物模型的復制第一章緒論

實驗動物科學的基本概念實驗動物科學的研究內容國內外實驗動物科學的現狀和發展趨勢實驗動物管理法規主要參考書與優秀站點

第一節基本概念及基本內容

一、基本概念1．實驗動物2．實驗用動物3.實驗動物學6

7實驗動物1、實驗動物

(Laboratoryanimals)

定義:是指經人工培育，遺傳背景明確，對其質量實行控制，用于科學試驗及產品生產的動物。8實驗動物的特點

必須經人工培育環境控制營養控制從遺傳學角度要求，遺傳背景明確，來源清楚。依據其基因純合的程度，通常劃分為近交系（Inbredstrain)封閉群（Closedcolony)雜交群（Hybridcolony)對實驗動物攜帶的微生物、寄生蟲實施人工控制。我國將實驗動物分為四個等級普通動物（Conventionalanimal，CV）清潔動物（CleanAnimal，CL）無特定病原菌動物（specificpathogenfree，SPF）無菌動物（Germfree，GF）

應用范圍明確9定義：凡是以研究、實驗、教學、藥品生產為目的而使用的動物，統稱實驗用動物。10實驗用動物(animalsforresearchorexperimentalanimals)實驗用動物按應用分類

(1)實驗動物（LaboratoryAnimals）

如大、小鼠，地鼠，豚鼠等。(2)經濟動物（EconomicalAnimals）或稱為家畜（禽）

指為人類社會生活需要（肉、乳、蛋、皮毛等）而馴養、培育繁殖生產的動物。如豬、馬、牛、羊、雞、鵝、犬、貓、金魚等11(3)野生動物（WildAnimals）是指作為人類需要從自然界捕獲的未經人工繁殖飼養的動物。如兩棲、爬行類（蟾蜍、龜等），魚類（泥鰍等），無脊椎動物（墨魚等），鳥類，嚙齒類（黑絨倉鼠等），靈長類（猿猴等）。(4)觀賞動物（ExhibitingAnimals）是指提供人類觀賞而馴養的動物。如觀賞犬、貓、寵物鼠等。12實驗、野生、經濟和觀賞動物的區別13

動物人工培育繁殖遺傳背景物種來源

微生物、寄生蟲用途實驗動物嚴格人工明確明確人工控制科學實驗野生動物未經自然不明確不明確自然選擇保護或發展經濟經濟動物一定程度人工一般一般擇優劣汰發展經濟觀賞動物一定程度人工一般一般擇優劣汰觀賞寵物實驗動物的培育14野生動物實驗動物家禽家畜3.實驗動物學（LAS)定義

實驗動物學（Laboratoryanimalscience）是以實驗動物為主要對象和研究重點，以服務于動物實驗為工作目標和探索方向的一門綜合性、應用性學科。概括地講，實驗動物學是研究實驗動物和動物實驗的一門學科。15

二、實驗動物學的研究內容1實驗動物生物學2實驗動物環境生態學3實驗動物遺傳學4實驗動物營養學5實驗動物微生物學與寄生蟲學6實驗動物醫學7比較醫學8動物實驗方法學9實驗動物福利10動物實驗倫理學11動物實驗替代方法學16包括實驗動物生物學（Laboratoryanimalbiology)

是研究實驗動物學的基本內容，了解和掌握實驗動物學特性是實驗動物應用的前提。17

2.實驗動物環境生態學（Laboratoryanimalenvironmentalecology）

是研究影響實驗動物生存的環境與條件。例如飼養動物的房舍、通風、溫度、濕度、光照、噪聲、籠具、飼料、飲水以及各種墊料等。18

3.

實驗動物遺傳育種學（Laboratoryanimalgeneticbreedingscience）是利用遺傳調控機理，采用傳統的和現代生物技術手段，控制動物的遺傳特性，培育新的動物品種品系和各種動物模型，家畜和野生動物的實驗動物化。

194.

實驗動物營養學（Laboratoryanimalnutriology）

是研究實驗動物不同種類、不同等級、不同發育時期、不同生理狀態的營養需求、營養攝入、營養物質利用及其相互關系。

205.實驗動物微生物學與寄生蟲學（Laboratoryanimalmicrobiologyandparasitology）是研究實驗動物微生物、寄生蟲的特性以及對實驗動物的影響和對實驗動物從業人員的危害性，探討預防、檢測、凈化和治療實驗動物微生物和寄生蟲疾病的方法與措施的一門科學。21

6.

實驗動物醫學（Laboratoryanimalmedicine）

是專門研究和闡明實驗動物疾病的診斷、治療和預防及其在生物醫學領域中應用的科學。

227.比較醫學（Comparativemedicine）是對動物和人類健康與疾病進行比較，以探討和闡明人類疾病本質的一門新興的綜合性學科，以實驗動物作為替身來研究人類，為保護和增進人類健康服務。

23

8.動物實驗方法學（Laboratoryanimaltechniques）是研究動物實驗時的各種操作技術和實驗方法，包括實驗動物的飼養管理技術和各種監測方法。如實驗技術和方法、實驗設備、各項實驗操作規程等。249實驗動物福利（AnimalWelfare）是指實驗動物在飼養和實驗過程中生理和心理上處于健康和舒適的狀態。動物享有五大自由不受饑渴的自由生活舒適的自由不受痛苦、傷害和疾病折磨的自由無恐懼和悲傷感的自由表達天性的自由2510動物實驗倫理學（animalethics)

是研究動物實驗領域，在保證動物實驗結果科學、可靠的前提下，如何體現人類的道德倫理價值觀念的一門科學。是關于人與動物關系的倫理信念、道德態度和行為規范，探討的是人類對動物行為的道德判斷，研究的是人與動物的關系以及對動物的道德責任，即如何正確地認識、合理地利用、人道地對待和科學地保護動物，關注的是人類對動物的態度和實施的措施，目標不是動物而是人類。2611動物實驗替代方法學

3R理論的提出：1954年，動物福利大學聯合會CharlesHume教授設立了一項“動物實驗仁慈技術的研究計劃”。1959年英國動物學家WilliamRussell（右）和微生物學家RexBurch提出，出版<TheprinciplesofHumaneExperimentTechnique>，書中首次提出3R即替代(replacement）、減少（reduction）和優化(refinement）。1978年，DavidSmith,〈AlternativestoAnimalExperiments〉27Replacement:

應用無知覺的材料部分或全部替代有知覺的實驗動物進行實驗。

1.、生命系統2、非生命系統3、電腦模擬實驗動物與動物實驗Reduction：通過科學的設計，減少實驗中的動物數量

1、使用高質量動物2、改進統計學設計3、使用低等動物Refinement：優化實驗程序，以降低對實驗動物的不良影響

1、改良儀器設備2、減少對動物的侵擾。3、進一步控制疼痛4、改進保定動物技術28脊髓灰質炎減毒活疫苗的神經毒性試驗

縮短檢測時間：小鼠試驗2周；猴體試驗1.5-2個月。

減少靈長類實驗動物的使用量；

避免人畜共患病對實驗人員的危害。29替代TgPVR21小鼠細菌內毒素法替代家兔法用于熱原檢測中國藥典2000年版2005年版69種藥品2種預防類制品7種治療類生物制品112種藥品11種預防類生物制品16種治療類生物制品30■與2000年版比較，2005年版中應用細菌內毒素法檢測熱原的品種明顯增加■家兔的使用量減少■標準化程度有所提高（制品性質、G+菌LPS）科學研究《關于善待實驗動物的指導性意見》31第三章

應用過程中善待實驗動物的指導性意見■

優化動物實驗程序和技術，在符合科學原則的條件下，應積極開展動物實驗替代方法的研究與應用。■處死實驗動物時，須按照人道主義原則實施安死術。處死現場，不宜有其他動物在場。確認動物死亡后，方可妥善處置尸體。■在不影響實驗結果判定的情況下，應選擇“仁慈終點”，避免延長動物承受痛苦的時間。第二節實驗動物學的發展概況一、國外發展現狀及趨勢二、國內發展現狀及趨勢一、國外現狀和趨勢1、實驗動物質量管理主要依靠市場機制和行業自律

2、實驗動物資源建設與共享利用列入長遠發展戰略性工作

如美國的JacksonLab、日本從1978年開始，設立“腫瘤研究中實驗動物的維持與開發”專項，其后在“腫瘤特別研究”、“腫瘤研究的綜合推進體系的研究”等專項中設有實驗動物專題，連續20多年對實驗動物的研究給予支持。

實驗動物健康證明美國Jackson實驗室2001年投資1.2億美元用于實驗動物設施的改善，保存的動物種類、品系數千個；日本于2000年投資40億日元在熊本大學建立了動物資源中心（CARD）；日本東京理化所筑波研究所運行費25億日元/年，2500個小鼠品系歐洲在意大利建立了“歐洲小鼠突變庫--EMMA”(6國7方合作)；加拿大創新基金等投資6700萬加元，建造36576平方米的“鼠窩”，05年建成，目標是成為世界生物醫藥的研發中心之一（多倫多基因組中心）

出于動物保護和動物實驗成本的考慮，非人靈長類等高等動物的使用受到限制，模式生物、野生動物（如裸鼴鼠）、水生動物實驗動物化研究與開發利用則日益受到重視。實驗動物生物學特性數據化表達和信息化集成的實現，疾病動物模型制作等的商品化發展，產業化生產和社會化服務水平的提高，最大限度地實現了實驗動物資源與相關支撐服務保障資源的共享。

3、實驗動物疾病模型和動物替代研究越來越受到重視

近年來，美國、加拿大、歐盟、日本等發達國家已經投入巨額資金，系統開展基因剔除小鼠研究，試圖在功能基因組研究和新藥靶點的知識產權爭奪戰中搶先占領制高點。2002年11月7日歐洲議會與歐盟理事會在布魯塞爾達成協議，決定“從2009年起在歐盟范圍內禁止使用動物進行化妝品毒性和過敏實驗，2013年禁止使用動物進行化妝品原料的安全性評價，逐步不允許成員國從外國進口和銷售進行動物實驗的化妝品。”這就在國際范圍內將動物替代實驗提上議事日程。

4、實驗動物支撐體系完善，業務呈現全球化和多樣化

特點：分工細化、專業化發達國家在保持核心競爭力的同時，通過外包降低成本，以并購、合作或合資方式，業務呈現全球化和多樣化。如CRL、Covance

、ioRad等。以完善的法律作為基礎，配合行業國際組織如CLAS、區域組織如FELASA和國家行業機構如CCAC發布實施的文件作為政策和指南，這些文件在發布和實施前通常均經過跨國同行征詢建議，具有廣泛的影響和認可。AAALAC的認證結果得到美國政府許多部門的認可。國際實驗動物評估和認可管理委員會

AAALACInternational(AssociationforAssessmentandAccreditationofLaboratoryAnimalCareInternational)

是一個私營的、非政府組織，設立在美國。是一個權威的評估和認證動物飼養和使用標準的國際機構，它通過自愿評估和認證計劃促進在科學領域人道對待動物。38

實驗動物籠器具的生產廠家非常多，以Techniplast和llowntown為代表，主營各種實驗動物籠器具及配套產品如IVC、洗籠機、消毒器具、墊料分配器，且多為自動化、智能化，如機械臂等。國外實驗動物相關配套企業非常多，運輸方面除了生產商本身外有專業的運輸公司代理，遵循動物福利法運輸實驗動物。動物質量標準國際實驗動物科學理事會（ICLAS）的標準歐洲實驗動物聯合會（FELASA）推薦方法各個企業都制訂有自己的企業標準，具有一定的先進性和認可度

5、實驗動物從業人員實行分類分級管理歐洲實驗動物從業人員實行職業分類分級管理，一般分為A

實驗動物從業人員；B

實驗動物實驗人員；C

動物實驗指導人員；D

實驗動物科學專家。

由歐洲實驗動物科學學會聯盟(FELASA)對實驗動物行業相關人員教育和培訓實施管理。美國實行人員資格認定和培訓，實驗動物飼養人員應得到所屬機構的適當培訓，并且具有其他學科背景。二、國內現狀和趨勢“九五”期間（1995-2000年）我國實驗動物工作的重點是健全法制，促進實驗動物的標準化；“十五”期間（2001-2005年）的重點是實驗動物種質資源（尤其是我國特有資源）的保存和種源基地的建設；“十一五”期間（2006-2010年）的重點是資源共享和提高自主創新能力。

廣西巴馬小型豬版納微型豬樹鼩二、國內現狀和趨勢

---國家“十二五”發展規劃重點任務（一）進一步完善法制化管理體系（二）加強資源自主研發、保存和共享（三）加強質量監測與保障體系建設（四）推進創新團隊和人才梯隊建設動物代謝分析系統小動物CT機（一）進一步完善法制化管理體系法制化管理體系的建設制度層面專家層面監管層面以《條例》的修訂為契機，完善和修訂其相關配套規章制度充分發揮國家實驗動物專家委員會。行建議、咨詢調研、監督、培訓之職建立國家實驗動物行政審批管理信息系統，實時監控全國實驗動物生產、銷售和使用（一）進一步完善法制化管理體系加強行政審批事項執行力度加強管理力度加強質量管理加強溝通協調在科技計劃、成果管理活動中，加強有關實驗動物和動物實驗條件的前置審查發揮部門、地方的能動性，調動專家的積極性，加強溝通協調，實現聯動，發揮合力建立全國實驗動物質量普查和質量報告制度，及時掌控全國實驗動物質量狀況（二）加強資源自主研發、保存和共享1.遺傳修飾動物和疾病模型動物資源的研究

以基因組功能、疾病機制、藥物創制、生命科學研究的重大需求為導向，以人類重大疾病相關基因為突破點，積極開展國際合作，推進我國實驗動物資源和信息庫的建設。基因工程大鼠資源的開發成為新的熱點在基因組的編碼區和人類更接近：大鼠的基因組略小于小鼠，但是編碼的基因數和人類基本相當，大鼠和人類的同源基因數和人類更高。大鼠在藥物代謝和毒性毒理行為方面和人類更接近基因組比較同源基因數差異基因數小鼠：人類165782822大鼠：人類167971071HumanRatMouse代謝量1110672基因工程大鼠資源的開發成為新的熱點大鼠在呼吸系統、循環系統、神經系統，解剖結構等比小鼠更接近人：與小鼠相比，大鼠是高血壓，腦卒中模型，心臟病模型，動脈粥樣硬化、帕金森、癡呆癥病，神經系統腫瘤、酒精和藥物成癮等疾病更好的模型。在認知科學，器官移植，中醫藥學等方面也有更廣泛的用途。生理參數HumanRatMouse心率(次/min)75470600呼吸頻率(次/min)1886129血壓（mmHg）80-12090-120130-160血小板數（x103/mm3）1988471302血漿中膽固醇酯的脂肪酸組成（C16）15.612.45.0腦容量(g)140020.4皮層面積(cm2)2000126基因工程大鼠資源的開發成為新的熱點大鼠在骨質疏松，神經系統腫瘤，分子影像等方面也有更好的表現StrainTotalChina近交系、封閉群和突變系30020轉基因大鼠1000<20基因敲除大鼠2000（二）加強資源自主研發、保存和共享1.遺傳修飾動物和疾病模型動物資源的研究

基因工程大鼠和重大疾病大鼠模型的研發與評價體系的建立建立系統、穩定的大鼠遺傳修飾技術體系，實現轉基因與基因敲除大鼠研制的常規化、規模化；建立20-30種組織特異性Cre或Flt大鼠資源；建立80-100種心腦血管疾病、代謝性疾病的大鼠基因工程模型資源。（二）加強資源自主研發、保存和共享1.遺傳修飾動物和疾病模型動物資源的研究

重大疾病基因工程小鼠模型研究通過自主建立及國際合作的方式，進一步擴大我國的遺傳工程小鼠資源，增加小鼠品系1000種以上；通過表型和功能分析，加大心腦血管疾病、代謝性疾病、神經退行性疾病和惡性腫瘤等疾病小鼠模型的研發（50-60種），研發傳染病、藥物研發與安全性評價、個性化資料等需要的人源化小鼠資源模型15-20種。（二）加強資源自主研發、保存和共享1.遺傳修飾動物和疾病模型動物資源的研究

大型實驗動物基因工程技術和模型研究

通過基因工程技術及人工誘變篩選突變體技術加快建立基因工程豬和兔的技術體系，研發和推廣30-40種重要基因的基因工程大型實驗動物資源；探索經濟的非人靈長類動物基因工程技術；優化和規范大型實驗動物疾病模型的制備和分析技術，為器官移植、傳染病、老年病等醫藥研究提供多品系和多品種的動物模型資源。（二）加強資源自主研發、保存和共享2.資源動物開發與標準化研究，建立種源基地

建立野生動物（如鼠兔、田鼠、長爪沙鼠、灰鼠、樹鼩、大倉鼠等）實驗動物化的資源開發與保存基地，開展動物馴化和標準研究。建立水生實驗動物種源基地，重點開展斑馬魚、劍尾魚的標準化研究。（二）加強資源自主研發、保存和共享3.加強國家種子中心的能力建設一是加強現有中心的能力建設，提高保種、育種技術水平，擴大資源保存數量，提升其為科學研究和社會的服務能力。二是緊密圍繞重大專項的實施和新興戰略產業發展需求，有計劃、有步驟地建設新的種子中心和種源基地，實現學科領域和地域分布合理布局。三是建立資源數據庫和信息平臺，實現資源開放與共享。（三）加強質量監測與保障體系建設加強實驗動物質量監測網絡體系建設，大幅度提高檢測能力；進一步完善標準、技術規范體系，提升檢測技術、檢測試劑的自主研發能力和標準化程度；進一步完善監管與保障體系和工作機制，為實驗動物資源的標準化、行政許可、依法監管和推廣應用提供科學依據和技術支撐。（四）推進創新團隊和人才梯隊建設123建立全國統一的從業人員培訓體系，出版全國統一的上崗培訓和分類分級培訓教材和習題集；建立從業人員上崗證和分級分類計算機網絡考試系統。制定實驗動物人才分類、分級標準和培訓考核標準及其職業資格認定標準營造有利于高層次創新團隊的創新型人才的成長環境，重視國際化的實驗動物特殊管理人才培養和儲備，推動實驗動物專業人才資源的可持續發展。國家科技支撐計劃2014年科研條件領域項目重點方向

1.靈長類動物人類重大疾病模型的研究與示范

本方向擬支持1項，國撥經費控制額2500萬元。

2.基因工程大鼠模型的研發與示范

本方向擬支持1項，國撥經費控制額3500萬元。

國家科技支撐計劃2015年度項目申報指南

十一、科研條件（一）實驗動物資源開發與應用1.人類疾病動物模型研究以人類多基因復雜疾病研究、新藥創制與安全評價為重點,優化TALEN和CRISPR/Cas9等技術，建立基因工程大鼠制備技術尤其是條件性基因敲除大鼠制備技術；建立人類重大疾病包括心腦血管疾病、神經性疾病的基因工程大鼠模型，從而建立基因工程大鼠模型研發、評價與應用服務的技術體系和服務平臺，逐步達到國際水平，為生命科學和生物技術的創新能力提高和持續發展提供技術支撐。2.實驗動物新資源的開發與標準化3.實驗動物質量檢測新方法研究上海市2014年度“科技創新行動計劃”實驗動物研究領域科技支撐項目指南專題一、實驗動物資源保存、開發及應用研究

專題二、實驗動物質量檢測技術與質量控制研究

專題三：動物模型研究、開發和應用

研究目標：圍繞人類疾病、新藥創制和環境評估等科研需求，研究、開發相應的動物模型，對所建的動物疾病模型進行比較醫學分析，并建立動物模型制作的標準化操作規程和技術指標評價體系。本專題優先支持與實驗動物專業機構合作研究的項目。

專題四：實驗動物福利、替代及相關技術研究

第三節實驗動物管理法規一.國外實驗動物主要法律法規側重于動物保護和福利內容的實驗動物管理法規 美國《實驗動物保護與管理法規》

英國《禁止虐待動物法》

芬蘭《動物福利法》《科學研究中動物使用法規》針對實驗動物飼養和使用的管理法規 美國《實驗動物飼養管理與使用手冊》

英國《動物法》

日本《實驗動物飼養及保育基本準則》

60二、我國實驗動物管理體系和

有關政策法規科技部條財司61

省科技廳條財處各部委科教司

省動管會行業動管會

各單位動管會各單位動管會（一）實驗動物工作管理體制（二）實驗動物管理組織機構體系（三）實驗動物管理法規標準體系（四）實驗動物質量保障體系1988年10月31日，經國務院批準了我國第一部《實驗動物管理條例》。1988年11月4日，國家科委（現國家科技部）第2號令發布施行。1988年，第7屆全國人大通過《中華人民共和國野生動物保護法》。1997年12月，國家科委（現國家科技部）頒布的《實驗動物質量管理辦法》65（五）國家有關實驗動物政策法規1988年10月31日，經國務院批準了我國第一部《實驗動物管理條例》。1988年11月4日，國家科委（現國家科技部）第2號令發布施行。國家科學技術委員會(現國家科技部）主管全國實驗動物工作。應用實驗動物應當根據不同的實驗目的，選用相應的合格實驗動物。申報科研課題和鑒定科研成果，應當把應用合格實驗動物作為基本條件。應用不合格實驗動物取得的檢定或者安全評價結果無效，所生產的制品不得使用。(第十九條)地方各級實驗動物工作的主管部門，對從事實驗動物工作的各類人員，應當逐步實行資格認可制度。(第二十七條)國家有關實驗動物政策法規661997年12月，國家科委（現國家科技部）、國家技監局文件頒布的《實驗動物質量管理辦法》全國實行統一的實驗動物質量管理制度。(第三條)本辦法適用于從事實驗動物研究、保種、繁殖、飼養、供應、使用、檢測以及動物實驗等一切與實驗動物有關的領域和單位。(第四條)實驗動物生產和使用，實行許可證制度。實驗動物生產和使用單位，必須取得許可證。實驗動物生產許可證，適用于從事實驗動物繁育和商業性經營的單位。實驗動物使用許可證，適用于從事動物實驗和利用實驗動物生產藥品、生物制品的單位。(第九條)實驗動物質量合格證內容應該包括生產單位、生產許可證編號、動物品種品系、動物質量等級、動物規格、動物數量、最近一次的質量檢測日期、質量檢測單位、質量負責人簽字、（使用單位名稱、用途B）等。1998年國家科委頒布了《國家嚙齒類實驗動物中心引種、供種實施細則》。2001年12月，由國家科技部和解放軍總后勤部衛生部等七部局聯合頒發《實驗動物許可證管理辦法(試行)》。2002.5.1全國統一實施許可證制度。（見照片）2003年《實驗動物管理條例》新增有關生物安全和動物福利兩個章節。2006年，《關于善待實驗動物的指導性意見》，是我國第一個關于動物福利和倫理的法規性文件。68實驗動物生產、使用許可證69國內實驗動物質量合格證國外實驗動物質量合格證實驗動物生產許可證實驗動物國家標準1994年國家技術監督局頒布了《實驗動物國家標準》，第二版2001年重新修訂，2002年5月1日實施。第三版2008年再次重新修訂并于2011年10月1日實施。標準主要集中在微生物，寄生蟲，遺傳，營養和環境質量的控制方面，尚無病理的國家標準。

《實驗動物設施建筑技術規范》GB504472005年6月啟動修訂2008年12月1日實施。1999年首次頒布了SPF雞的國家標準，2008進行修訂。

我國實驗動物標準--常用實驗動物標準制定情況標準微生物（病毒、細菌、真菌）寄生蟲遺傳營