利用動物作為人類的替身進行試驗,經有可考的文字記載,已有很長的歷史了。經歷悠悠漫長歲月,隨著人類社會的進步,自然科學和生物醫學的發展,至上世紀50年代以后,實驗動物學逐漸發展成為一門具有自身理論體系的獨立學科。該學科從動物學、環境生態學、遺傳學、生理學、營養學、微生物學和病理學等角度,對實驗動物的群體和個體、各器官組織,以及細胞直至分子水平作多層次、全方位的系統研究,培育出多種符合使用要求(標準)的實驗動物,并制作出了一系列人類疾病的動物模型,提供給與生物醫學以及環保、商檢、質檢和軍事科學等廣闊領域應用。實驗動物為生命科學的高水平發展奠定了重要的物質基礎。
<一>實驗動物學的學科概念
實驗動物(Laboratory Animal,LA)指由人工培育,來源清楚,遺傳背景明確,對其攜帶的微生物和寄生蟲實行監控,用于生命科學研究、藥品與生物制品生產和檢定,以及其他科學研究的動物。實驗動物追溯其祖先,可來源于野生動物、經濟動物(家畜、家禽)、警衛動物和觀賞動物等,但卻有別于這類動物。實驗動物一般具有以下三大特點:
遺傳學要求。必須是人工培育,來源清楚,遺傳背景明確的動物。即實驗動物應是遺傳限定,且經人工培育的動物。依其遺傳純合程度,可把實驗動物劃分為近交系(Inbred-strain)突變系(Mutant strain)系統雜交(Hybrid Colony)動物封閉群(Closed colony or outbred stock)動物四大類群。
微生物和寄生蟲的監控要求。在實驗動物繁育的全過程中,必須嚴格監控其攜帶的微生物和寄生蟲。目前,我國將對其微生物和寄生蟲的控制程度劃分為四個等級:即普通動物(Conventional animal,CV),清潔動物(Clean animal,CL or Clean conventional animal,CCV),無特定病原體動物(Specific pathogen free animal,SPF),無菌動物(Germ free animal,GF)。后者包括悉生動物(Gnotobiotes animal,GN)。SPF和GF動物不僅人工監控其攜帶的微生物、寄生蟲,而且是經剖腹產凈化獲得的。國際上是把實驗動物的微生物和寄生蟲控制分成普通動物,SPF動物和無菌動物(悉生動物)三個等級。
應用要求。實驗動物主要是應用于科學實驗。有學者稱之為“活的分析天平”,如同理化實驗,需要精密儀器和高純度試劑一樣。生命科學研究及其相關的試驗,要求實驗動物對試驗因素敏感性強,反應高度一致,使試驗研究結果具
有可靠性、精確性、可比性、可重復性和科學性。
未經馴化的野生動物,有時也用于實驗,但由于遺傳背景不清楚,健康狀況不穩定,因而對試驗物反應缺乏一致性,實驗結果可信度和重復性都很差,而不被國際學術界所承認。如家畜、家禽等經濟動物,由于它們對某些實驗具有較高的敏感性,實驗操作也方便,亦會作為實驗之用。如果按照實驗動物的質量要求,加以培育和嚴格的監控,是可以把它們開發成為很好的實驗動物。
實驗動物學及其基本內容:
實驗動物學(Laboratory animal science LAS)是以實驗動物為主要研究對象,并將培育的實驗動物應用于生命科學等研究的一門綜合性學科。包含了:一方面對實驗動物本身進行生物學特性的系統研究,實施遺傳育種、保種以維持其遺傳學和生物學特征,培育新品系,并生產繁育出標準化的實驗動物;另一方面是用標準化實驗動物進行科學實驗,研究生命的生理、生化過程,組織形態、機能反應等,并在動物自然發生的疾病及人為制作的病理模型中,觀察疾病發生、發展規律,研究藥物等各種因素的作用。因而實驗動物學支撐了生物與醫藥學,以及環保、商檢、質檢和軍事科學等廣闊的領域。
實驗動物學經過幾十年的積累,并積極吸收其他學科的發展成果,至今已形成了較完整的理論體系,還派生出眾多的分支學科,如,實驗動物遺傳育種學、實驗動物微生物學與寄生蟲學、實驗動物環境生態學、實驗動物營養學、動物實驗、實驗動物飼養管理等等,它們按照各自特定的領域在迅速發展。
<二>實驗動物學發展簡史
古代的動物試驗
公元前100多年,古希臘帝王嗜好研究毒藥與解毒藥,其中許多藥物的知識,是來自動物試驗。古代阿拉伯醫生,研究汞軟膏時曾試用于猴子,為汞制劑以后的臨床應用提供了重要的依據。在歐洲醫學發展史上,動物試驗推動醫學發展的事例不少,現今臨床常用的輸血療法,就是通過同種及不同種動物的大量試驗而奠定其應用基礎。19世紀初,法國醫學家是從研究箭毒入手,開創了近代實驗藥理學。
我國古代,通過觀察藥物對動物的作用,而獲取藥物知識的事例比比皆是,其中有關藥物毒性試驗的記載尤為多見。如<<山海經>>對藥物按功能劃分,就有“毒藥”與“解毒藥”的記載。在我國古代文獻中,還有許多由動物試驗而發現新藥物、新療法,其后還有進一步通過醫療實踐總結經驗的記載。中醫藥學是我國的瑰寶,古代的動物試驗對推動它的發展起了重要的作用。我國古代還有通過動物試驗來破案的記載,可見古代人們對動物試驗已有相當的認識。
實驗動物學的形成與發展:
實驗動物學是現代科學的產物,與現代的動物學、解剖學、遺傳學、生理學、免疫學、微生物學、寄生蟲學、畜牧獸醫學等相關學科的建立及發展密切相關。這眾多學科都是屬于實驗生物學的大范疇,特別是在動物實驗的基礎上形成和發展起來的,而這些學科的發展,同時為實驗動物學的建立打下了基礎。可以說,先有動物實驗,后來發展成實驗動物學。
在20世紀初,動物試驗相當活躍,1909年用近親繁殖法培育出第一株近交系小鼠,1915年研究成功第一個無菌動物飼養用的金屬隔離器,1914年開始出現疾病動物模型,用瀝青長期涂抹兔的耳朵,成功地誘發皮膚癌,證實化學物質可以致癌的理論。1918年,我國也開始飼養繁殖小鼠做試驗,并陸續從國外引進小鼠、大鼠、兔和金黃地鼠等飼養繁殖。
實驗動物學被看作一門獨立學科,是在20世紀中、后期的事情。1944年,美國科學院首次把實驗動物標準化的問題提上了議事日程,人們通常把這一事件看作是現代實驗動物學的起點。1956年,聯合國組織建立了“國際實驗動物科學委員會”(CLAS)。隨后,美國、德國、日本、加拿大等國,相繼建立起本國的實驗動物全國機構,提出了實驗動物管理的條例、法規和規范。從始,實驗動物學作為一門獨立的學科,開辟自己獨有的領域,更迅速地發展。
我國實驗動物學的發展
20世紀初,北平中央防疫處等少數單位開始了實驗動物的飼養、繁殖和試驗,成為我國實驗動物學發展的開端。20世紀50年代,建成了六大生物制品研究所,都相應地建設了規模較大的實驗動物飼養、繁殖基地。其后,一些高等院校、醫藥研究所、藥廠、藥品檢定和衛生防疫等機構,亦相繼建立了實驗動物飼養繁殖室。
十一屆三中全會為我國的科學事業,同樣也為實驗動物科學的發展,注入了生機和活力。國家對實驗動物學的發展予以高度重視,在開展調查研究的基礎上,分別在1982年和1985年,兩次召開全國實驗動物科技工作會議,研究制定我國實驗動物科技發展戰略。國家衛生部也在1983年至1999年間,四次召開全國醫學實驗動物工作會議。國家著手組建云南、上海、北京、天津等四個國家級實驗動物中心。1988年,原國家科委頒布了<<實驗動物管理條例>>,標志著我國實驗動物工作走上了行政法規管理的軌道。隨后,發布了實驗動物國家標準(1994和2001),《實驗動物質量管理辦法(1997)》,《實驗動物許可證管理辦法(試行)(2001)》;<<國家醫藥局實驗動物管理辦法>>(1991)等各項規定,各地也陸續成立實驗動物質量管理機構,并先后實行了實驗動物合格證制度和實驗動物許可證制度。這期間,基礎設施的建設、輔助用品的生產及技術隊伍的教育、培訓和建設,實驗動物的科學研究等都有了很大的發展。
目前,全國實驗動物生產繁育設施達50多萬平方米,動物實驗設施達近30萬平方米。此外,全國還配套發展了一批實驗動物飼料廠、籠具廠和空氣凈化裝修公司等,能生產各類規格的實驗動物用品。北京農業大學等一批高校已開設了實驗動物學專業,部分院校還招收和培養了碩士和博士研究生,甚至設立了博士后科研流動站。目前僅醫學實驗動物的從業人員已近1萬人,形成一支可觀的技術隊伍。實驗動物的科學研究,逐漸活躍,投入的科研經費逐年增加,“九五”期間,國家科技部和各省、市、自治區共投入科研經費2500多萬,呈大幅度增加的趨勢。有數據顯示,1998年全國生產和使用各種實驗動物的數量已達1000多萬只,比1991年增長30%以上。上述的情況表明,我國實驗動物的學科建設已朝管理規范化、生產規模化、供應社會化和商品化的方向發展。
<三>實驗動物學的應用與發展前景
實驗動物學在生命科學研究中的意義:
實驗動物是生命科學研究中必須具備的四個基本條件之一,研究適合需要又符合使用標準的實驗動物,與掌握高精度儀器,擁有高純度試劑和及時占有資料信息一樣,具有重要的意義。如生物工程、生物醫學等領域都離不開使用高品質的實驗動物。生物醫學的主要研究任務,是探究人類疾病的發生、發展和轉歸的機理。實驗不可能首先在人體身上進行,而必須使用實驗動物反復試驗。這樣,實驗動物本身的遺傳、生理等因素,以及反應的敏感性和一致性,就直接關系到實驗結果的可靠性和可重復性。從這一意義上講,實驗動物品質的高低,直接影響到生命科學實驗研究的水平。生命科學是今后發展極為迅速
的領域之一,作為它的一個支撐學科的實驗動物學,需要發展、壯大,而具有廣闊的發展前景,則是確定無疑的。實驗動物在新藥、保健食品、化妝品甚至農藥等的研制過程和產品正式投產前的毒性、安全性評價試驗,都必須作整體的動物試驗。藥品的進出口也需要實驗動物進行評價試驗。所使用的實驗動物的類別和品質,關系到這些研制數據或評價試驗結果的準確及可靠的程度。此外,生物制品如疫苗、診斷用血清和免疫血清等的研制、生產和評價也必須使用實驗動物。所以,實驗動物學的發展、壯大,不僅是一個學科的事情,而是關系到國計民生的大事。
實驗動物在環境保護和軍事科學中的應用:
環境評價、理化因子對環境生物的影響等,動物試驗是作出準確評價的重要手段之一。在軍事科學和武器研制等方面,如各種武器的殺傷效果,化學、輻射、細菌、激光武器的效果及其防護,都需要實驗動物的參與。在宇航科學試驗中,實驗動物也為人類取得了許多有價值的數據。
如上所述,實驗動物學是有著廣闊的發展前景的,我國正在大力推進生命科學的研究與開發,無疑是對實驗動物學的發展提出更高的要求。在實驗動物的標準化方面;在新品種、品系的研究與開發方面;在動物疾病模型和功能基因模型的研究方面;在提倡愛護實驗動物,講究動物福利的前提下,積極開展實驗動物的替代研究等方面,都是我們要在“十五”期間積極推動實驗動物學發展的方向。