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实验动物学发展趋势致谢：感谢卢胜明教授、邓宏魁教授提供宝贵资料！实验动物学实验动物学是研究实验动物及其应用的科学，是一门综合性的边缘学科。实验动物学为生命科学的研究和发展提供了重要的基础条件和支撑。生命科学研究的需求促进了实验动物学水平的不断提高，同时由于实验动物学的进步又反过来推动了生命科学研究的发展，是一个相互促进，不断提高的过程。生物医学研究热点与实验动物学基因编辑与基因组学：基因修饰动物模型等大量应用精准医学：人源化动物模型、PDX模型等脑科学：传统模型动物与基因修饰动物模型应用代谢病：传统模型动物与基因修饰动物模型应用器官移植：基因修饰模型、人源化模型、IPS等共同回顾与讨论1.实验动物学发展历程2.国际主要实验动物机构3.器官移植与实验动物4.人源化动物模型5.精准医学与PDX模型6.实验动物伦理7.新的挑战共同回顾与讨论1.实验动物学发展历程2.国际主要实验动物机构3.器官移植与实验动物4.人源化动物模型5.精准医学与PDX模型6.实验动物伦理7.新的挑战实验动物学发展里程碑事件1909年，Prof.Little 培育出首个近交系小鼠DBA；1943年，Dr.Reynier 研制出第一台隔离器，饲养无菌大鼠；1948年，美国成立实验动物科学学会（AALAS）；1966年，美国国会批准实验动物福利法案；1982年，全球第一例转基因小鼠问世；2009年，在比尔盖茨基金会支持下，邓宏魁博士团队等成功制作人源化小鼠模型。我国实验动物学发展里程碑事件1918年，原北平中央防疫处开始饲养小鼠；1946年，从印度引入小鼠，后培育为KM小鼠；1956年，天津医学院培育出津白1低癌系小鼠；1961年，中国医科院血研所615小鼠培育成功；1988年，国家科委发布实验动物管理条例；1996年10月，北京市人大常委会发布北京市实验动物管理条例。近交系小鼠培育与应用已经100多年了DBA/2又火了一把又火了一把雄性BALBc和DBA2鼠的主要组织相容性系统均是H-2，也就是说BALBc和DBA2小鼠具有相同的MHC 抗原。高乳癌发生率，自发性的心肌钙化，亦常成为B6之对照组。听源性癫痫发作率在35日龄时为100，55日龄时为5。科学家们已经很努力了，但还是不能满足需要截至上世纪80年代可用的模型动物仅有百余种基 因 修 饰 技 术 广 泛 应 用目前国际上近交系和基因修饰品系已有3万多种（IMSR2015统计数据）实现微生物与寄生虫学控制60多年了SPF动物广泛应用VAF概念(CRL)VAF概念（CR提出并执行的微生物控制标准）Virus antibodies free VAF(virus antibodies free)plus维通利华动物检测项目与国标、C R比较维通利华动物检测项目与国标、C R比较（小鼠血清学）（小鼠血清学）维通利华动物检测项目与国标、C R比较维通利华动物检测项目与国标、C R比较（小鼠细菌学）（小鼠细菌学）NoItemGB维通利华维通利华CRL1沙门氏菌沙门氏菌(Salmonella spp）2鼠棒状杆菌鼠棒状杆菌(C.kutscheri）3肺支原体（肺支原体（M.pulmonis）4嗜肺巴斯德杆菌嗜肺巴斯德杆菌(P.pneumotropica）5肺炎克雷伯杆菌肺炎克雷伯杆菌(K.pneumoniae）6金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌(Staph.aureus）7绿脓杆菌绿脓杆菌(P.aeruginosa）8肺炎链球菌（肺炎链球菌（Strep.pneumoniae）9乙型溶血性链球菌（乙型溶血性链球菌（BetaStrep.spp）10乙型溶血性链球菌乙型溶血性链球菌B组组(Beta Strep.sp.-Group B)11乙型溶血性链球菌乙型溶血性链球菌G组组(Beta Strep.sp.-Group G)12啮齿枸椽酸杆菌啮齿枸椽酸杆菌(C.rodentium)13支气管鲍特杆菌支气管鲍特杆菌(B.bronchiseptica）14多杀巴斯德（多杀巴斯德（P.multocida）15产酸克雷伯菌（产酸克雷伯菌（K.oxytoca）16纤毛相关呼吸道杆菌（纤毛相关呼吸道杆菌（CAR Bacillus）17念珠链杆菌念珠链杆菌(S.moniliformis）18胆螺杆菌胆螺杆菌(H.bilis)19牛棒状杆菌牛棒状杆菌(C.bovis)20奇异变形杆菌奇异变形杆菌(P.mirabilis)21皮肤病原真菌皮肤病原真菌(Pathogenic dermal fungi)22小肠结肠炎耶尔森菌小肠结肠炎耶尔森菌(Yersinia enterocolitica)23假结核耶尔森菌假结核耶尔森菌(Yersinia pseudotuberculosis)Total7+32323IGS 标准-近交系动物IGS 标准-近交系动物定期（3-5年）从CR隔离器基础群中重新CLONE BACK定期应用SNP（单核苷酸多态性分析）方法对种群进行遗传学检测定期（3-5年）从CR隔离器基础群中重新CLONE BACK定期应用SNP（单核苷酸多态性分析）方法对种群进行遗传学检测17动物来源：微生物学和遗传学明确动物来源：微生物学和遗传学明确的的隔离器隔离器内的内的基础群基础群NEP种群 1NEP种群2NEP种群 3CR基础群基础群近交系种群结构近交系种群结构生产设施生产设施(SPF级级)隔离器隔离器血统明确的血统明确的基础种群基础种群(BxS 1:1)血统明确血统明确的核心群的核心群(BxS 1:1)扩大群扩大群(BxS 1:1)生产群生产群(单配制或多单配制或多配制繁育配制繁育)(BxS 1:1)=兄妹交配，一雄一雌兄妹交配，一雄一雌IGS 标准-封闭群动物IGS 标准-封闭群动物 重新引种及回交（每重新引种及回交（每3-5年）年）隔离器种群维持：循环配对隔离器种群维持：循环配对 屏障内生产繁育：屏障内生产繁育：ABC分组分组封闭群种群结构生产设施(SPF级)隔离器血统明确的基础群(1:1)Line CLine ALine BABC循环交配繁育方式循环交配繁育方式销售用销售用IGS:回交回交-每每3-5年年=隔离器内隔离检疫Wilmington IGS 基础群(隔离器)HM欧洲欧洲净化净化 F-0日本日本北美北美HM回交回交:每年从各个生产种群中取回足够的动物，每年从各个生产种群中取回足够的动物，替换掉替换掉1%基础群基础群=单个生产种群单个生产种群IGS:重新引种 每3-5年欧洲欧洲Wilmington IGS隔离器基础群隔离器基础群日本日本北美北美重新引种重新引种;用基础群雄性取代生用基础群雄性取代生产群产群25%雄性个体雄性个体=单个生产种群单个生产种群=共同回顾与讨论1.实验动物学发展历程2.国际主要实验动物机构3.器官移植与实验动物4.人源化动物模型5.精准医学与PDX模型6.实验动物伦理7.新的挑战美国实验动物行业发展状况 国家国家资源研究中心资源研究中心（NCRR）支持建立的国家级实验动物资源和技术服务机构有50多个，包括啮齿类国家中心12个，非人灵长类研究中心9个，非人灵长类资源中心6个，大猩猩研究资源中心3个，无脊椎动物研究资源中心7个，国家实验猪种质资源与研究中心1个，遗传资源分析库6个。近年又投资建立了国家斑马鱼研究中心，保存了23种65个遗传背景明确的斑马鱼品系。Charles River LaboratoriesCharles River Laboratories（CRLCRL）成立于1947年，全球最大实验动物供应商；全球17个国家和地区有60多个分支机构，员工人数超过10,000人，实验动物供应量占全球的50%；业务范围：动物模型、实验检测试剂及服务、内毒素检测及鲎试剂、CRO服务(生物医药研发/临床前/临床)、农用化学品、动物保健品、禽类产品；IGS(International Genetic Standard)、VAF(Virus Antibody Free)/Plus和VAF/Elite标准已经得到美国FDA和全球广大用户的认可。Harlan Harlan/EnvigoEnvigo创立于1931年，全球第二大的实验动物及相关产品供应商；集模型动物、动物实验、药物非临床、临床前实验于一体的综合性企业；世界上最大的几家GLP实验室之一；2014年被HLS收购，正式步入CRO行列；2015年更名为Envigo。TaconicTaconic 成立于1949年 专业提供大小鼠转基因和基因修饰模型 北美、欧洲和亚洲设有10余个分支机构，啮齿类种类超过4,500个 近年来与日本CIEA合作致力于人源化小鼠模型研发Marshall Marshall BioResourcesBioResources 1962年建立玛斯比格犬种群；全球最大的比格犬供应商：目前在北美、欧洲和中国生产；哥廷根(Gottingen)小型猪；SPF犬；无流感雪貂(Ferret)；杂种犬。The Jackson The Jackson Lab.Lab.成立于1909年，独立的非赢利研究机构；拥有全球最丰富小鼠资源库：JAXMice超过10,000个，被誉为全球实验小鼠黄金标准。每年向全球提供几百万只；每年增加上千种新的各种研究用途的小鼠品系；继2003年C57BL/6J完成全基因组测序之后，又有40个品系入选小鼠表型计划；全面介入PDX模型的研发。CovanceCovance 总部：美国新泽西州普林西顿（Princeton）全球排名前五的CRO，提供从临床前及临床实验的药物研发服务 分布于全球60个国家和地区，员工超过12,000人 提供实验动物：比格犬、杂交犬、非人灵长类和新西兰白/红兔 2014年底被Lab Corp收购欧洲实验动物行业发展状况发展较先进的主要为：英国、法国、意大利、德国、荷兰、西班牙、比利时、匈牙利、克罗地亚等EMMAEMMA（European Mouse Mutant Archive）（European Mouse Mutant Archive）欧洲突变小鼠资源库；以提供哺乳类动物的遗传病、多因素疾病模型而著称；在欧洲13个国家拥有14个分支机构；非盈利性机构。日本实验动物行业发展状况日本“国家生物资源项目日本“国家生物资源项目(NBRP)”(NBRP)”文部科学省于2002年提出；目的：对生物资源进行收集、保存，并通过资源开发、基因组分析等技术提高附加值；强化信息中心功能，为社会提供广泛的生物资源信息，全面推进生命科学发展。第1期（2002-2006）、第2期（2007-2011），第3期（2012-2016）具体实施体系：完善基础技术计划：一般生物资源收集、增殖，品质管理和对外供应；完善核心基地建设计划：建立日本独有生物资源的相关基地；完善基因组信息计划：完善基因库资源管理；完善信息中心计划：完善生物资源信息、遗传信息数据库管理。SLCSLC（Shizuoka Lab AnimalShizuoka Lab Animal）日本知名实验动物供应商，历史悠久日本知名实验动物供应商，历史悠久 成立于1949年，位于日本静冈市（Shizuoka）现有员工390人（截止2016年3月）保有约150种大小鼠和疾病动物模型动物 保有地鼠、豚鼠、比格犬、小型猪等CIEACIEA（Central Central Institute for Experimental AnimalsInstitute for Experimental Animals）成立于1952年 日本最早提供日本最早提供SPF级小鼠的单位（级小鼠的单位（1963年）年）日本最早建立无菌级小鼠的单位（日本最早建立无菌级小鼠的单位（1972年）年）建立了很多特有资源：RasH2小鼠（1992年）、p53、TgAC、XPA小鼠、NOG小鼠（2002年）建立了用于脊柱损伤、心梗再生治疗的狨猴模型（2010年）借助CLEA、IVS公司商业化运作 2014年与维通利华合作Charles River JapanCharles River Japan（CRJCRJ）成立于1972年 日本最大的商业化运作的实验动物公司日本最大的商业化运作的实验动物公司 业务：啮齿类动物生产、检测服务 现有4个设施，23,500m2 现有员工300多人 2015年大小鼠生产量：超过300万只熊本大学熊本大学CARD RCARD R-BASEBASE 全称：熊本大学动物资源与发展中心（CARD，Center for Animal Resources and Development Database）成立于1998年，国际小鼠资源联盟成员之一 研究内容包括：微生物学、遗传学、生殖工程和转基因技术 以小鼠胚胎库而著称：保有以小鼠胚胎库而著称：保有1,757个小鼠品系（截止到个小鼠品系（截止到2016年年3月）月）另外，保有1,804种基因/基因型/疾病模型RIKEN RIKEN BRCBRC（RIKEN BioResourceCenter）（RIKEN BioResourceCenter）日本RIKEN基金会分支机构（生物资源中心）成立于2001年，位于日本筑波研究所内 目的：生物资源的收集、保存、质量控制 亚洲最大的生物资源中心亚洲最大的生物资源中心 实验动物研究室：如啮齿类模型 实验植物研究室：如拟南芥 细胞材料研究室：包括人源及动物来源 遗传材料研究室：如DNA库 微生物材料研究室：如放线菌、古细菌、丝状真菌、酵母亚洲其他国家和地区实验动物行业发展状况韩国Oriental Bio Inc.SPF大小鼠、豚鼠、比格犬台湾：乐斯科（BIOLASCO）成立于2001年，美国Charles River授权生产单位啮齿类生产、代理实验动物相关设备及耗材2015年员工约60人；动物年产量：50万只面向台湾省和东南亚地区印度：实验动物科学家联盟越南：NHP泰国：啮齿类马来西亚、新加坡共同回顾与讨论1.实验动物学发展历程2.国际主要实验动物机构3.器官移植与实验动物4.人源化动物模型5.精准医学与PDX模型6.实验动物伦理7.新的挑战猪作为异种器官移植供体研究猪作为异种器官移植供体研究灵长目动物更接近于人，但来源困难；灵长目动物可能携带致命的传染因子，一个物种的进化程度与人越接近，传播疾病的危险就越大；猪易饲养，成熟快，且其器官与人的器官大小相仿，生理形态性质与人也相近，实施手术相对快速简单；猪是非灵长目动物，引起伦理及和安全有关问题少于黑猩猩和狒狒。研究中的技术难点如何避免超急性免疫排斥发生如何排除人兽共患病猪器官移植引起的PERV感染问题前景PPL制药公司发现了编码半乳糖的基因，并将其剔除，然后通过克隆技术产下无糖小猪，再被反复克隆，成为安全移植器官的来源。目前，我国的许多研究小组已经掌握了该项技术，并成功繁殖出了无糖小猪，且开展了多项相关研究。共同回顾与讨论1.实验动物学发展历程2.国际主要实验动物机构3.器官移植与实验动物4.人源化动物模型5.精准医学与PDX模型6.实验动物伦理7.新的挑战人源化小鼠又一个里程碑事件何谓人源化动物模型?即对免疫缺陷动物品系进行人源细胞（或组织）移植，在动物体内重建人的细胞和组织。人源细胞人源细胞人源化小鼠人源化小鼠临床前动物模型临床前动物模型人体传染病治疗人体传染病治疗模拟人体 致病过程模拟人体 致病过程Nude mouse(foxN1 mutant)Scid mouse(prkdc mutant)NOD-scid mouse(NOD background,prkdc mutant)Balb/c-Rag2nullIl2rgnullmouse(rag2&Il2rg knockout)NOD-PrkdcscidIl2rgnull(NOD background，prkdc mutant，Il2rg knockout;NOG,NSG&NPG）The development of immunodeficient mouse strains1966 1985 1995 1999 20022005Nude mouseCB17-scidNOD-scidBalb/c-Rag2nullIl2rgnullNOD-PrkdcscidIl2rgnull品 系 特 征品 系 特 征被毛T细胞B细胞NK细胞可结合补体Leaky现象被毛T细胞B细胞NK细胞可结合补体Leaky现象BALB/c Nude-+/NU/NU-+/CD-1 Nude-+/裸大鼠(Nude Rat)+/-+/CB17 SCID+-+*SCID Beige+-+*NOD SCID+-BALB/c Nude-+/NU/NU-+/CD-1 Nude-+/裸大鼠(Nude Rat)+/-+/CB17 SCID+-+*SCID Beige+-+*NOD SCID+-*：渗漏率在：渗漏率在1.6-28%不等，不同地域、核心群和生产群渗漏率不同不等，不同地域、核心群和生产群渗漏率不同常用免疫缺陷动物特性汇总常用免疫缺陷动物特性汇总你知道吗？韩国某公司已经成功研制了重度联合免疫缺陷猪人源化猪？能否提供更好的移植供体器官？伦理问题？共同回顾与讨论1.实验动物学发展历程2.国际主要实验动物机构3.器官移植与实验动物4.人源化动物模型5.精准医学与PDX模型6.实验动物伦理7.新的挑战精准医学 2015年1月20日，奥巴马在国情咨文演讲中提出了“精准医学（精准医学（Precision Medicine）”计划，呼吁美国要增加医学研究经费，推动个体化基因组学研究，依据个人基因信息为癌症及其他疾病患者制定个体医疗方案依据个人基因信息为癌症及其他疾病患者制定个体医疗方案。1月30日奥巴马正式推出“精确医学计划”，提议在2016财年向该计划投入2.15亿美元，以推动个性化医疗的发展。精准医学传统肿瘤动物模型：使用肿瘤细胞系肿瘤细胞系移植到免疫缺陷小鼠体内成瘤缺点：无法反映患者遗传特异性；无法反映体内真实肿瘤组织形态、肿瘤微环境构成Tumors are heterogeneous and structurally complex tissues Tumor formation involves the co-evolution of neoplastic cells together with extracellular matrix,tumor vasculature and immune cells.Nature,Vol 501,p346,2013精准医学需要更好的动物模型来反映患者肿瘤的实际情况，根据不同患者的特异性制定个体化的治疗方案。PDX肿瘤模型PDX肿瘤模型美国国家癌症研究所（NCI）宣布，已被世界各地研究人员使用达25年之久的NCI-60细胞系于今年“退休”，转为使用“人源性肿瘤组织异“人源性肿瘤组织异种移植（种移植（PDX）”模型。）”模型。NCI-60是用于抗癌药物测试的癌细胞样本群，但历经几千代的培养，细胞基因组成和行为均发生了改变。因此NCI决定转为使用PDX模型。PDX肿瘤模型PDX肿瘤模型PDX（Patient-derived xenograft）肿瘤模型：来源于患者的原代肿瘤组织直接接种于免疫缺陷小鼠体内建立的肿瘤移植模型Tentler,John J.,et al.Patient-derived tumour xenografts as models for oncology drug development.Nature Reviews Clinical Oncology 9.6(2012).PDX模型特点PDX肿瘤模型保持肿瘤异质性患者复合肿瘤组织患者复合肿瘤组织异种移植PDX模型特点PDX肿瘤模型部分保持肿瘤微环境中原有免疫细胞（CD3，CD8）及肿瘤特异性成纤维细胞（FAP）结肠癌 F1（CD3）结肠癌 F1（CD8）结肠癌 F1（FAP）PDX模型特点肿瘤细胞表面特有Marker的表达乳腺癌（Her2）胃癌（Her2）PDX模型-优势保持临床肿瘤组织的形态，保留体内肿瘤微环境各组分；保持临床肿瘤细胞的分子生物学特征；充分体现患者个体差异性，为患者提供最佳治疗方案筛选平台；PDX模型应用PDX model在基础研究中的应用在基础研究中的应用肿瘤基因表达、突变分析肿瘤治疗药物疗效检测PDX model在临床研究中的应用在临床研究中的应用抗癌药物临床前疗效评估抗癌药物高通量筛选精准医疗：个体化模型建立，治疗方式或药物筛选PDX模型应用诺华诺华：已建立1000多种携带不同癌症驱动基因的PDX模型，进行抗癌药物高通量筛选。The Novartis Institutes for Biomedical Research patient-derived tumor xenograft encyclopedia(NIBR PDXE).PDX模型不足PDX肿瘤模型缺陷肿瘤模型缺陷：使用免疫缺陷型动物构建模型，无法完全模拟人类免疫系统对肿瘤的作用。与免疫系统人源化小鼠免疫系统人源化小鼠结合PDX modelPDX modelCombined with humanized mouse modelCombined with humanized mouse modelHumanized tumor mouse modelHumanized mouse modelPDX modelPDX模型与人源化小鼠结合人源化人源化PDX肿瘤模型：肿瘤模型：CD34+造血干细胞重建免疫缺陷鼠的免疫系统后，与PDX模型相结合。成功构建后的模型更接近人体真实免疫微环境，对免疫疗法的检测更为准确。PDX模型与人源化小鼠结合The Jackson Laboratory:PDX与人源化小鼠模型结合是未来发展方向成功构建人源化PDX肿瘤模型（数据来自：The Jackson Lab）小结 精准医学精准医学需要适用于个体化的临床前研究模型，传统的肿瘤动物模型已不能满足需要；PDX模型模型充分保持患者个体特异性，为肿瘤患者治疗前筛选合适治疗方案提供良好的平台；PDX模型与人源化模型结合，进一步完善动物模型模拟人体真实模型与人源化模型结合，进一步完善动物模型模拟人体真实环境，有巨大环境，有巨大的应用需求。的应用需求。共同回顾与讨论1.实验动物学发展历程2.国际主要实验动物机构3.器官移植与实验动物4.人源化动物模型5.医学与PDX精准模型6.实验动物伦理7.新的挑战等待被做实验的猴子们实验动物伦理是人与实验动物关系的伦理信念、道德态度和行为规范。主要体现在尊重实验动物的价值和权利。实验动物福利是指在饲养管理和使用实验动物过程中,要采取有效措施使实验动物免遭不必要的伤害、饥渴、不适、惊恐、折磨、疾病和疼痛，保证动物能够实现自然行为，受到良好管理和照料。实验动物五项基本福利一、提供适当清洁饮水和食物，使动物不受饥渴之苦；二、提供适当栖息场所，使动物不受困顿不适之苦；三、预防疾病和给患病动物及时诊治，使动物不受疼痛、伤病之苦；四、保证拥有良好条件和处置（包括安乐死），使动物不受恐惧和精神上的痛苦；五、提供足够空间、适当的设施以及与同类动物伙伴在一起，使动物能够自由表达正常的习性。实验动物福利伦理审查示例实验动物福利伦理审查示例审查报告包含主要内容：1.研究摘要2.研究背景及立项理由3.项目意义和必要性4.项目中有关实验动物的用途5.饲养管理条件6.实验处置方法7.预期出现对动物的伤害8.处死动物的方法9.项目进行中涉及动物福利和伦理问题的详细描述10.遵守实验动物福利伦理原则声明遵守实验动物福利伦理原则声明共同回顾与讨论1.实验动物学发展历程2.国际主要实验动物机构3.器官移植与实验动物4.人源化动物模型5.医学与PDX精准模型6.实验动物伦理7.新的挑战基因修饰动物微生物控制面临新难题1.越来越多的基因修饰模型在全球各实施内广泛 转移和共享，已导致许多感染性疾病的发生；2.病原体在啮齿类设施中长期存在，给许多设施防疫带来了沉重负担；3.许多基因修饰模型品系的免疫状态是不明确的，一些在免疫功能正常的品系中通常会被清除掉的病原体，有可能感染基因修饰模型，且长期携带。基因修饰动物繁殖能力下降原因 近交系背景，引种不规范，事实上的重新建系；封闭群背景，数量过少，不能避免近交；基因改造的影响；营养原因；环境影响；病原微生物感染。谢谢!