案例 2019-12-03 19:06:41
在过去一个世纪的研究中,小鼠已经成为建立人类遗传性疾病的动物模型的最佳实验材料。小鼠的基因组改造技术成熟,且生理生化和发育过程和人类相似,基因组和人类90%同源,所以人类疾病的小鼠模型可以基本上真实模拟人类疾病的发病过程及对药物的反应; 小鼠作为遗传学研究材料的另一优势还在于其基因组计划已基本完成。基因组序列的大量信息为研究基因功能及其表达调控、胚胎发育和人类疾病的分子机制提供了条件基础和技术手段。运用现有的基因组序列和生物信息学分析,发展新型的基因组改造方法,并在随机或定向突变的基础上,在整体动物表型水平进行分析,是目前最流行和有效的功能基因组研究手段,而比较基因组学、发育生物学、医学遗传学等相关领域也在不断融合而产生新的生长点。
利用小鼠等模式动物建立的疾病模型具有重大理论和运用价值。一方面,通过动物模型研究对基因功能和遗传方式的分析已经成为推动了生命科学重大理论成果的主要动力。例如,果蝇的突变表型分析和小鼠相关基因功能研究直接导致了多细胞生物发育理论的基本框架的建立。另一方面,动物模型,特别是小鼠的疾病模型的深入研究将为生物医药技术产业带来了巨大商机。几乎所有新产生的小鼠模型,特别是心血管、代谢疾病及老年病等严重危害人类健康的重大疾病的动物模型都被申请了专利。以小鼠资源库的最新研究成果为例,研究人员运用ENU诱变方法已经得到了30多种小鼠突变品系,其中包括白内障、耳聋、骨密度异常、肢体缺陷及毛发异常等,克隆了部分相关突变基因,这些突变基因将为这些疾病的治疗找到新的药物靶点,同时这些模型可能可以用于新药的筛选和开发。运用基因剔除技术,研究人员还建立了骨发育异常,胚胎发育缺陷,血糖的调节异常,及免疫细胞分化缺陷等一系列突变小鼠模型,这些模型为发育缺陷类遗传疾病、糖尿病、淋巴瘤等疾病的发病机制研究和药物开发提供了基础。
小鼠模型不能很好地模拟人类炎症疾病
数十年以来,在进行人体试验之前,实验小鼠模型一直被用于确认和测试候选药物,但是一项研究发现这些模型不能准确地代表人类对炎症疾病的响应。Junhee Seok及其同事研究了创伤、烧伤和来自例如大肠杆菌等细菌的毒素是如何影响病人的遗传应答的。这组作者然后将观察到的模式与在小鼠模型中观察到的模式进行了比较。这组作者确定了来自这些小鼠模型的模式与人类响应模式匹配得不好,以至于这些结果看上去像是随机的。人类和小鼠的进化距离、小鼠对炎症刺激的显著抵抗以及其他因素可能解释了为什么这些模型不能重现人类情境。这组作者呼吁在分子和遗传层次上开展着重于人类生理学和疾病如何影响人类的生物医学研究方法,而不是主要依靠小鼠模型。一个有前景的发现是,因为创伤、烧伤或其他疾病而遭受炎症的病人表现出了类似的遗传应答,尽管造成这些疾病的原因截然不同而且这些病人接受了不同的疗法。这组作者说,这些发现还提示针对多个截然不同的炎症疾病的药物可能为大批病人带来改良的疗法。
人类基因组计划的完成和不断建立的疾病模型又一次强调了自主知识产权的重要性。仅仅克隆一个新基因已经不足以申请专利。对基因功能的了解成为新一轮生物医药知识产权市场的主要内容。我国虽然有许多单位通过基因芯片手段克隆了大量基因,但由于没有功能研究的支持,特别是没有像小鼠模型这样的最有力的功能研究结果的支持而不能抢占专利市场。
生物医学研究的进展常常依赖于使用动物模型作为实验假说和临床假说二者的试验基础。人类各种疾病的发生发展是十分复杂的,要深入探讨其疾病的发病机理及疗效机理不能也不应该在病人身上进行。可以通过对动物各种疾病和生命现象的研究,进而推用到人类,探索人类生命的奥秘,以控制人类的疾病的衰老,延长人类的寿命。
人类疾病的动物模型(Animal Model of Human Diseases)是生物医学科学研究中所建立的具有人类疾病模似性表现的动物实验对象和材料。使用动物模型是现代生物医学研究中的一个极为重要的实验方法和手段,有助于更方便、更有效地认识人类疾病的发生、发展规律和研究防治措施。
长久以来人们发现,以人本身作为实验对象来推动医学的发展是困难的,临床所积累的经验不仅在时间和空间上存在着局限性,许多实验在道义上和方法学上还受到种种限制。而动物模型的吸引力就在于它克服了这些不足点,其在生物医学研究中所起到的独特作用,正受到越来越多的科技工作者的重视。动物模型的优越性主要表现在以下几下方面。
(一)避免了在人身上进行实验所带来的风险
临床上对外伤、中毒、肿痛病因等研究是有一定困难的,甚至是不可能的,如急性和慢性呼吸系统疾病研究进很难重复环境污染的作用。辐射对机体的损伤也不可能在人身上反复实验。而动物可以作为人类的替难者,在人为设计的实验条件下反复观察和研究。因此,应用动物模型,除了能克服在人类研究中经常会遇到的理论和社会限制外,还容许采用某些不能应用于人类的方法学途径,甚至为了研究需要可以损伤动物组织、器官或处死动物。
(二)临床上平时不易见到的疾病可用动物随时复制出来
临床上平时很难收集到放射病、毒气中毒、烈性传染病等病人,而实验室可以根据研究目的要求随时采用实验性诱发的方法在动物身上复制出来。
(三)可以克服人类某些疾病潜伏期长,病程长和发病率低的缺点
一般遗传性、免疫性、代谢性和内分泌等疾病在临床上发病率很低,例如急性白血病的发病率较降,研究人员可以有意识地提高其在动物种群的中发生频率,从而推进研究。同样的途径已成功地应用于其他疾病的研究,如血友病、周期性中性白细胞减少症和自身免疫介导性疾病等。
临床上某些疾病潜伏期很长,很难进行研究,如肿瘤、慢性气管炎、肺心病、高血压等疾病,这些疾病发生发展很缓慢,有的可能要几年、十几年、甚至几十年。有些致病因素需要隔代或者几代才能显示出来,人类的寿命期相对来说是很长的,但一个科学家很难有幸进行三代以上的观察,而许多动物由于生命的周期很短,在实验室观察几十代是容易的,如果使用微生物甚至可以观察几百代。
(四)可以严格控制实验条件,增强实验材料的可比性
一般说来,临床上很多疾病是十分复杂的,各种因素均起作用,患有心脏病的病人,可能同时又患有肺脏疾病或肾脏疾病等其他疾病,即使疾病完全相同的病人,因病人的年龄、性别、体质、遗传等各不相同,对疾病的发性发展均有影响。采用动物来复制疾病模型,可以选择相同品种、品系、性别、年龄、体重、活动性、健康状态、甚至遗传和微生物等方面严加控制的各种等级的标准实验动物,用单一的病因作用复制成各种疾病。温度、湿度、光照、噪音、饲料等实验条件也可以严格控制。
无论营养学、肿瘤学和环境卫生学等方面,同一时期内很难在人身上取得一定数量的定性疾病材料。动物模型不仅在群体的数量上容易得到满足,而且可以通过投服一定剂量的药物或移植一定数量的肿瘤等方式,限定可变性,取得条件一致的模型材料。
(五)可以简化实验操作和样品收集
动物模型作为人类疾病的“缩影”,便于研究者按实验目的需要随时采取各种样品,甚至及时处死动物收集样本,这在临床是难以办到的。实验动物向小型化的发展趋势更有利于实验者的日常管理和实验操作。
(六)有助于更全面地认识疾病的本质
临床研究未免带有一定的局限性。已知很多病身体除人以外也能引起多种动物感染,其表现可能各有特点。通过对人畜共患病的比较研究,可以充分认识同一病原体(或病因)对不同机体带来的各种损害。因此从某种意义上说,可以使研究工作升毕到立体的水平来揭示某种疾病的本质,从而更有利于解释在人体上所发生的一切病理变化。
动物疾病模型的另一个富有成效的用途,在于能够细致地观察环境或遗传因素对疾病发生发展的影响,这在临床上是办不到的,对于全面地认识疾病本质有重要意义。
因此利用动物疾病模型来研究人类疾病,可以克服平时一些不易见到,而且不便于在病人身上进行实验的各种人类疾病的研究。同时还可克服人类疾病发生发展缓慢,潜伏期长,发病原因多样,经常伴有各种其它疾病等因素的干扰,可以用单一的病因,在短时间内复制出典型的动物疾病模型,对于研究人类各种疾病的发生、发展规律和防治疾病疗效的机理等是极为重要的手段和工具。
zhidao
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