悟空 | 大圣的科学价值:实验动物

文摘   科学   2024-08-21 15:00   上海  

想必这两天大家的朋友圈都被《黑神话 悟空》刷屏了。笔者作为看着西游成长起来的一代人,大圣一直是我内心的英雄。看着大圣的身姿在全球范围霸榜,很是开心,也很郁闷为什么我偏偏只有个 PS4 和 Macbook。

这篇文章并非是用来吐槽公司不给配 4090,毕竟汇融实验室是一个生命科学公司。还是要回到正题,今天文章的主角,其实有下面五位👇(部分来自于黑神话游戏以及历史数据):

我们在2020 年鼠年的时候曾经发表过一篇文章 - 《鼠年,让我们致敬这些小勇士》。在文章中我们简单描述了鼠这种动物对于生命科学的贡献,尤其是作为动物实验主体。此外我们也曾分析过鼠尾提取的胶原在生物行业的重要性(点击阅读:医学科普 | 从耗子尾汁看胶原)。

除了鼠,常用的动物实验体就是以上几位了,今天简单地分享一下这几种动物在医美产品上的贡献,以及这些动物实验有可能遇到的一些挑战和难点。

医学研究中,动物模型、动物实验都是为人服务的,一切动物模型和动物实验结果都要外推到人身上去,这就是动物实验结果的外推。因为动物和人毕竟不是同一种属,在动物身上无效的药物不等于临床无效,而在动物身上有效的药物也不等于临床有效。加之不同的动物有不同的功能和代谢特点,所以,肯定一个实验结果最好采用两种以上的动物进行比较观察。所选的实验动物中,一种为啮齿类动物,另一种为非啮齿类动物。常用的实验序列是小鼠、大鼠、犬、猴或小型猪。  


鼠(包括大鼠、小鼠、豚鼠、白鼠、裸鼠)在产品开发中有极高的价值,其繁殖速度极快,成本低。小鼠体型小,性情温顺,易于饲养管理、操作和观察。对外来刺激、多种毒素和病原体均很敏感,所以,各种药物的毒性试验(急毒亚毒),微生物、寄生虫的研究,半数致死量的测定都选用小鼠。 
大鼠无胆囊,不能选做胆囊功能的研究,而适合做胆管插管收集胆汁,进行消化功能研究。 中国地鼠易产生真性糖尿病。血糖可比正常高出2~8倍,胰岛退化适合于糖尿病的研究。豚鼠体内缺乏合成维生素C的酶,因而,对维生素C的缺乏很敏感,适合于维生素C的实验研究。豚鼠易于致敏,适于做过敏性研究。 豚鼠呕吐反应不敏感,小鼠和大鼠无呕吐反应,不适合选择做呕吐实验。
在皮肤刺激实验上,首选是白色家兔,对于强刺激和无刺激的化学物选用家兔的效果较好,但对于作用缓和的刺激性化学物,用白色豚鼠的效果更准确。
大鼠的体积更大,所以也可以用于做植入和降解实验,由于它们的皮肤比较紧致,注射的物质可以比较好地停留在原位,分笼饲养的大鼠也比较温和懒惰,不会由于运动激烈影响注射物的降解结果。但由于大鼠生命周期有限,不适合用来观测降解缓慢的产品,比如羟基磷灰石这类无机物。
另外大鼠很适合做静脉注射来观测产品栓塞情况。


上文说到家兔适合用来测试化学品的刺激性。除了皮肤刺激,新西兰家兔也可以用于产品植入和降解,因为它们寿命较久,适合用于缓慢降解的产品。然而家兔的性子胆小,如果饲养不当,很容易造成死亡,导致数据丢失。

家兔的胸腔结构与其他动物不同,当开胸和打开心包胸膜,暴露心腔进行实验操作时,只要不弄破纵隔膜,动物不需要人工呼吸,给实验操作带来很多方便,很适合于做开胸和心脏试验。  
家兔体温变化十分灵敏,最易产生发热反应且反应典型、恒定,而小鼠、大鼠的体温调节不稳定,所以,我们可以首选家兔做发热和检查致热原的实验研究。 

家兔对射线十分敏感,照射后常发生休克样的特有反应,并有部分动物在照射后立即或不久死亡,其休克的发生率和动物死亡率与照射剂量呈一定的线性关系,不适合于作放射病研究。

家兔皮下脂肪较少,皮肤和肌肉分离度较高,所以做皮下植入实验室,注射物容易滑脱流失,所以首选在背部和脑顶注射,但即使这样,皮下植入实验数据会有比较多的干扰。此外由于脂肪缺失,导致降解周期可能较久,因此植入实验应该考虑补充猪的实验组。


哺乳动物之间,有许多组织结构上的相似点,因而其生命功能基本过程也很相似。如猪的皮肤组织结构与人类相似(有实验表明 2-3 月的小型猪最为接近),其上皮再生、皮下脂肪层、烧伤后的内分泌及代谢等也类似人类,故选用小型猪做烧伤实验研究较为理想。  

小型猪在体型、大小、生理学及疾病发展等方面与人有较大的相似性,是理想的实验动物模型,在探索人的生命活动规律以及研究人类疾病的致病机制治疗、预防、药物筛选等方面均显示出独特的优势。美国在50年代初开始了小型猪的培育开发研究,我国对小型猪的研究开始于20世纪80年代初,虽然起步较晚,但是小型猪原始资源十分丰富,目前我国的小型猪品种主要有:五指山小型猪贵州小型香猪,藏猪版纳微型猪,广西巴马小型猪等;其中,广西巴马小型猪则具有国内其他品种小型猪的绝大部分优点。

小型猪由于它体型矮小、性成熟早、遗传性稳定、繁殖性能强、性情温驯、部分生理生化指标与人类相似等这些特有的生物学特性,易于实验操作,适合实验动物模型的建立。作为实验动物,巴马小型猪在人用猪源生物活性材料生产以及胚胎移植等研究中起着重要作用,实验用巴马小型猪有望取代猴、犬等成为被大量使用的新型实验动物。
猪的脂肪比较丰富,所以观察植入和降解比较理想,尤其当我们需要将产品打入动物面部的侧面和下方,兔、狗、猴会用爪子抓挠,影响实验结果,猪就比较理想了。需要注意的是,猪的表皮较厚,注射难度较大,操作人员需要有比较良好的操作经验以及选取合适的注射器和针头。
此外我们也应该考虑首选用小型猪来观察产品功效,尤其是再生类产品(微球)对成纤维细胞刺激胶原蛋白生成的实验。猪皮中可以通过染色观察不同型的胶原蛋白生成,这种刺激和临床上人体的刺激是最接近的。


一般来说,动物所处的进化阶段愈高,其功能、结构、反应也愈接近人类,如猩猩、猕猴、狒狒等非人灵长类动物是最类似于人类的。它们是胚胎学、病理学、解剖学、生理学、免疫学、牙科学和放射医学研究的理想动物。但非人灵长类动物属稀有动物,来源很少,又需特殊饲养,成本高昂。另一方面,也并非只有非人灵长类动物与人具有相似性。许多哺乳类实验动物在某些功能、代谢、结构及疾病特点方面也与人类近似。

从2020年以来,实验用的非人灵长类动物(包括不同种类的猴子,以下简称为实验猴)的用量与价格就逐步攀升,从2015年不到一万元一只,到如今要15-16万元一只,可以说是供不应求。据统计,2017年欧盟各国使用的实验动物中,小鼠占了60%以上,而猴子等非人灵长类加上猫、狗,则只有0.3%。

在上个世纪,很多神经、临床研究都会用到黑猩猩,加上90年代艾滋病毒的发现与研究的热潮(人类病毒学的研究总是和猴子猩猩们挂钩,艾滋与猩猩,新冠与猴子),在1996年美国实验室中就饲养着1500只黑猩猩。

随着动物保护意识提高,再加上黑猩猩行为认知上和人类高度相似,越来越多研究者和动物福利保护组织开始反对使用黑猩猩进行临床实验研究,黑猩猩的侵入性研究也就逐渐被淘汰了。于是猴子成了与人类相关问题研究最好的模式生物。

实验猴主要只有三种:猕猴、食蟹猴和狨猴(上图左至右)。猴类主要被用于精神认知相关类、新冠、糖尿病、器官发育等领域,在医美产品中使用猴的实验非常罕见,这可能是由于其高昂的成本和活泼躁动的特点。


实验用犬品种很多,主要有比格犬(Beagle)、四系杂交犬(4-Way Ovoss)、墨西哥无毛犬、Boxer犬、纽芬兰犬和一些国内培育品种等。根据实验需求的不同来选择合适的犬种开展实验,不同品种的犬会有着不同实验特点。

实验犬常用于人类疾病模型、药代学、药效学、毒理学、循环生理学、眼科、外科学、肿瘤学、免疫学、传染病学等诸多领域。

比格犬是实验犬的主要种类。今年6 月份杜江和霍思燕就捡到过一只实验比格犬。

犬易驯养,亲人,有服从人的意志的天性,经短期训练可领会人的简单意图并与人合作,很好地配合实验。犬有很强的适应能力,犬可承受比较热和冷的气温,但其变化不能太剧烈,否则容易生病。

犬有五种血型,即A、B、C、D、E型,只有A型血(具有A抗原)能引起输血反应,其他四型血Ag性弱可任意供各型血的犬受血,包括A型血在内可以进行交叉输血,无输血反应。仅有凝集作用,而无溶血作用。

犬的应用主要在实验外科方面。临床医生在研究新的手术或麻醉方法时往往选用犬来做动物实验,取得经验和技巧后用于临床。如心血管外科,脑外科,断肢再植,器官和组织移植等。

犬是目前基础医学研究和教学中最常用动物之一,尤其是生理、病理研究。犬的神经、血液循环系统发达,适合做失血性休克,弥漫性血管内凝血,脂质在动脉中的沉积,急性心肌梗塞,心律失常,急性肺动脉高血压,肾性高血压,脊髓传导实验,大脑皮层定位试验,条件反射实验,内分泌腺摘除实验,各种消化道和腺瘘等。

犬也用于其他如蛋白质营养不良,高胆固醇血症,动脉粥样硬化,先天性白内障,遗传性耳聋,先天性心脏病,红斑狼疮病,肾盂肾炎、狂犬病等的实验。医美产品中很少使用犬作为动物实验体。



正是有了以上这些动物们的付出,才有了如今的现代医学,使得人类在过去的一百年里平均寿命大幅提升。感谢每一只为了科学而献身的实验动物,也祝每一位喜欢大圣的读者腾云驾雾梦想成真。

我们会继续分享羟基磷灰石及其在医美、环保、涂料等多个领域的创新应用,以及这类微球作为注射材料的新思考、新灵感。请持续关注Herostem Lab汇融实验室及其下属单位BETAGENE Genetic贝融生物的研发进展。


HEROSTEMLAB 汇融实验室

上海汇融细胞科技有限公司(HEROSTEM® LAB,汇融实验室位于上海·外高桥自贸壹号生物园,我们于 2012 年成立,致力于细胞与基因工程技术在生命科学与生物美容领域的创新与探索。我们的产品包括了层析填料、工业级生物试剂、医疗美容产品的材料以及制剂品。我们的团队具备跨界、跨行业的从业背景,涵盖了重组蛋白、医美制剂配方、细胞药物等。HEROSTEM®LAB汇融实验室的重组蛋白工厂已于 2022 年正式投入GMP运营,并获得ISO9001与ISO13485的认证。 
随着生物科技的不断发展,医疗美容领域内产生了众多的创新产品,HEROSTEM®LAB汇融实验室已成功研发了重组胶原蛋白水凝胶、注射用羟基磷灰石填充剂、琼脂糖填充剂等产品。这类创新生物材料正以迅猛的更迭速度改变着人们对整形美容的认知和需求。更多信息,请查看我们的官网:www.herostem.com.cn。
HEROSTEM® Inc., an innovation biotechnology company, is based in Shanghai, China. The laboratory initiated stem cell study and clinical applications back in 2007. Combining stem cell and genetic engineering platforms, HEROSTEM continues to deepen its research and development in the field of bio-based aesthetics, and has launched more than 20 regenerative aesthetic SKUs.
BETAGENE® Genetic, a Shanghai-based innovation-driven company and a subsidary of HEROSTEM®, is a global reagent and hydroxyapatite supllier. We provide and market a wide range of GMP recombinant proteins, enzymes, customized proteins and hydroxyapatite sphere through genetic engineering and biosynthesis . The company has developed several recombinant expression systems including bacterial, yeast, insects and mammalian.
We specialize in making animal-free GMP products for cell and gene therapy, antibody, vaccine, IVD, cosmetics and tissue engineering industries. Specially designed and customized proteins are available upon requests.

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汇融科技 - 专注于生命科学、细胞技术研发、生物美容及临床医学