动物模型的制作离不开制模方法、动物因素和操作人员。凡是影响这三个环节的因素,均会影响动物模型的质量。因此,在动物模型的制备时必须加以重视。
选择好制模的方法是复制动物模型的第一步。应明确研究目的、疾病发生机制和临床症状,确定制模方法。如建立骨折动物模型,可以采用物理撞伤的方法;萎缩性胃炎动物模型可以选择射线照射的方法,给予一定的时间的射线强度;糖尿病模型可以选择化学药物的方法,需了解化学药物的厂家、批号、纯度、规格、给药剂量、给药途径;传染性动物模型则必须了解微生物(细菌、病毒等)来源、浓度、瘤株种类、接种剂量、接种部位;乙肝动物模型可以借助转基因的方法,将HBV全基因或其片段转入动物全身性或动物特异性组织内。
复制动物模型的动物种类繁多,如家养动物、野生动物和实验动物。家养动物饲养方便,来源容易,但微生物控制不严,遗传背景不清楚,不提倡使用;野生动物属自然生态类型,其微生物的感染情况复杂,遗传背景不清楚,来源困难,很难饲养,因此,也不便使用;实验动物的遗传、微生物、寄生虫、营养、环境均受到严格的控制,排除遗传背景和微生物对动物模型本身及实验结果的影响,因此,应尽可能使用标准化实验动物。
遗传决定性状,在一个动物群体内遗传差异是引起表型差异的重要原因之一。同种动物不同培育方式,如封闭群SD大鼠与近交系大鼠,或同一培育方式的不同动物,如近交系BALB/c、C57BL/6、CBA/Caj小鼠,其生物学特性是有差异的,由此会影响模型的建立。如BALB/c、C57BL/6、CBA/Caj小鼠对HBV的易感性不同。因此,在建立动物模型时,一定要选择合适遗传背景的动物进行实验。
动物体内微生物、寄生虫的携带状况对动物模型的建立有影响。如仙台病毒可严重影响动物体液和细胞介导的免疫应答、小鼠胎儿的发育、甚至干扰肿瘤形成。小鼠肝炎病毒可引起小鼠致死性肝炎、脑炎和肠炎,改变肝酶的活性及机体的各种免疫应答等。
动物食用的营养成分过高或过低均可导致相应疾病,如动物体内水分减少8%时,就有失水表现,严重干渴、食欲丧失、黏膜干燥、抗病力下降、蛋白质和脂肪分解加强;水分减少10%时,会引起严重的代谢紊乱;水分减少20%时,可能导致死亡。饲料中蛋白质缺乏易导致腹泻、脂肪肝、肌肉萎缩、生长缓慢、智力发育障碍,严重时导致死亡。脂肪含量过多会使动物肥胖,生殖力下降;脂类缺乏可引起严重的消化系统和中枢神经系统功能障碍。维生素A缺乏导致视觉损害、夜盲症、上皮粗糙、角化、骨发育不良和生长迟缓;维生素D缺乏导致软骨病;维生素E缺乏导致睾丸萎缩、肌肉麻痹、瘫痪、红细胞溶血;维生素B 1 缺乏导致多发性神经炎;维生素B 2 缺乏导致生长停止、脱毛、白内障、角膜血管新生;维生素C缺乏导致维生素C缺乏症。钙缺乏会造成幼畜的佝偻病;铁缺乏易患贫血。在制备动物模型时,只有食用符合国家标准的动物饲料才能保证动物及模型质量的一致性。
动物居住的环境是指动物生长繁殖的特定场所及有关条件,即围绕实验动物的事物总和。动物的基因型(染色体、基因、DNA及构象)在发育环境的作用下,产生某种表现型(酶、蛋白质、动物的形态和新陈代谢),而这种表现型在周围环境的作用下,导致不同的演出型(生物反应现象)。动物模型与动物实验一样,是对原演出型进行有控制的处理而获得的新演出型。只有动物原有的演出型稳定,才能获得重复性好的新的演出型(动物模型)。动物环境包括大环境和小环境,小环境又分为外环境和内环境,其中内环境包括温度、湿度、光照、噪声、氨浓度、气流速度等。
环境因素是影响动物质量及造模结果的重要因素,一个微小的环境因素变化都可影响到动物的行为和生理学特征,因此,任何一项环境因素都不容忽视。外环境中:随着实验季节的不同,动物对外界反应情况不同,如动物有季节性发情、换毛等生理现象;随着昼夜的不同,实验动物的体温、血糖、基础代谢率、内分泌激素的分泌等发生着节律性的变化。内环境中,温度影响动物的生殖、免疫功能、新陈代谢和药物毒性:高温导致雄性动物睾丸和副睾萎缩,精子生成能力下降;温度过高、过低常导致机体抵抗力下降、雌性动物性周期紊乱。湿度对动物的健康也有影响:高湿条件有利于环境病原微生物、寄生虫的生长、繁殖,垫料、饲料易发霉变;低湿条件下易导致动物呼吸道疾病。强光照射可导致动物视网膜损伤、生殖系统产生连续发情、大鼠、小鼠出现永久性阴道角化、多数卵泡达到排卵前期,但不形成黄体;持续的黑暗环境可抑制大鼠的生殖过程,使卵巢功能减弱。噪声过高可引起动物呼吸和心跳加快、血压升高、交配推迟、幼仔小或不产仔、哺乳期幼仔死亡率上升或生长速度改变。高分贝噪声可导致DBA/2系小鼠听源性痉挛。对啮齿类动物产生影响的音频范围一般为20~40kHz,器具和笼盒的碰撞落地、送风系统、空调机和电子设备等均能产生这种噪音,由于人的耳朵不能听到这些声音,这些噪声对动物的影响往往被忽略。
饲养笼盒放在房间的不同位置、笼内是否存在内含物(包括垫料和饲料)及内含物的量等都可能影响动物生存的微环境。如小鼠饲养房间内,排气口较进气口附近的温度要高3~4℃,相对湿度要高5%~10%。另外,放在笼架上层的动物感受到的光强度要比底层的强。一般来说,白化动物不能对达到视网膜的光线进行限制性调节,可导致视网膜的伤害,因而能改变松果体的功能,甚至影响动物对心理活性药物的反应。大鼠、小鼠和其他许多动物听觉范围、频率比人大得多。垫料的特性也会影响动物代谢的特点,包括影响动物对实验处理的反应,如用松木和桉木做成的垫料含有能诱发较大动物肝脏酶活性和细胞毒效应的物质,直接影响动物对药物代谢的特点。
动物的年龄、体重、性别、生理和健康状态等均对动物模型质量有不同程度的影响。根据实验目的选用适龄动物,同组动物的年龄(age)和体重(weight)相差不能超过10%。毒理学研究要求用未成年动物,因为其机体发育不健全,解毒排泄的酶系不完善,较成年动物敏感;而老年动物代谢功能低下,反应不灵敏。急性实验最好选用成年动物。慢性实验最好选用年轻的动物。在合格的饲养管理条件下,小型实验动物的年龄是可以根据体重来估算的(表1-8、1-9)。
表1-8 人与犬年龄的对应表
表1-9 动物年龄与体重的对应表
续表
在实验研究中,不同性别对同一致病刺激的反应也不同。如大鼠皮下注射150~300 mg乙醇,84%的雄性死亡,而雌性的死亡率只有30%左右;麦角新碱对5~6周龄雄性大鼠有明显的镇痛效果,对雌性却无;氯仿只对雄性小鼠肾脏有毒性作用。如果研究对性别无特殊要求时,应选用雌雄各半的动物。
在选择动物个体时,还应考虑动物的特殊生理状态,如妊娠、授乳期等,因为此时机体的反应性变化很大。
首先,复制模型时,要求研究者必须从研究目的出发,熟悉诱发条件、宿主特征、疾病表现和发病机制,即充分了解所需动物模型的全部信息,分析是否能得到预期的结果。懂得各种动物所需的诱发剂量、宿主年龄、性别和遗传性状等对实验的影响,以及动物疾病在组织学、生化学、病理学等方面与人类疾病的差异。要避免选用与人类对应器官相似性很小的动物作为模型材料。
其次,实验人员应该进行动物实验规范化操作培训,确保实验过程的一致性、准确性、完整性和标准化。即使对动物进行简单操作,也应该经过适当的培训以提高实验人员的操作质量。如动物注射给药时,正确的操作应该是首先称量动物以确定给药剂量,随后,使用一套容量合适的新注射器和针头抽取相应体积的注射药物,避免用一个注射器一次抽取注射几只动物的药物或选择容量过大的注射器,给药过程中应避免药液溢漏和前后不一致的操作。实验操作过程中动作轻柔,减轻动物的紧张情绪。