齧齒類動物實驗

齧齒類是目前實驗室最常用的脊椎類實驗動物。齧齒類動物因易於飼養、飼養技術成熟,加之易於繁殖而受到研究人員的青睞。最常用的齧齒類實驗動物是大鼠小鼠,除此之外,豚鼠倉鼠,以及沙鼠也時有使用。

一隻實驗用Wistar大鼠

統計

在2015年的英國,對齧齒類動物實行的手術(實驗等)有333萬例(占當年所有手術80%)。 最常用的物種是小鼠(303萬例,占比73%)和大鼠(268,522例,占比6.5%)。 其他品種包括豚鼠(21,831,占比0.7%)、倉鼠(1,500,占比0.04%)及沙鼠(278,占比0.01%)。[1]

在美國,大鼠和小鼠的使用數量沒有報道,但是估計數量為大約1100萬到大約1億隻。[2][3] 2000年,聯邦研究部、美國國會圖書館發表了一份對其大鼠、小鼠和鳥類資料庫的分析結果,涵蓋了對研究人員、飼養員、運輸商和參展商的調查。(下為英文原文)

Over 2,000 research organizations are listed in the database, of which approximately 500 were researched and of these, 100 were contacted directly by FRD staff. These organizations include hospitals, government organizations, private companies (pharmaceutical companies, etc.), universities/colleges, a few secondary schools, and research institutes. Of these 2,000, approximately 960 are regulated by USDA; 349 by NIH; and 560 accredited by AALAC. Approximately 50 percent of the organizations contacted revealed a specific or approximated number of animals in their laboratories. The total number of animals for those organizations is: 250,000–1,000,000 rats; 400,000–2,000,000 mice; and 130,000–900,000 birds.

齧齒動物類型

小鼠

小鼠是(在藥物、遺傳學研究等中)最常用的脊椎動物。由於小鼠的可利用性、體型小、成本低、可控性強、繁殖速度快等特點,將其用於研究的項目數不勝數。[4] 小鼠很快便能達到性成熟,也能快速妊娠。一般實驗室每三星期就能培育出新一代小鼠,與極快的繁育速度相對的是小鼠較短的壽命,其僅能存活兩年。[5]

由於小鼠與人類共享99%的基因,其被廣泛地認為是遺傳性人類疾病的主要模型。[6] 隨著基因工程技術的出現,可以按一定順序產生轉基因小鼠,並且每隻僅需花費數百美元。[7]

轉基因動物產品包括將每個結構(轉基因後的基因片段)注入300-350個卵子中,這樣的工作通常需要三天完成。經上述處理的卵細胞最終能生出二十到五十隻小鼠。一般通過聚合酶鏈式反應基因分型方式檢測轉基因是否存在。轉基因小鼠的產生數量通常在2到8個之間。[8]

嵌合體小鼠產品包括將研究人員提供的胚胎幹細胞注射到150-175個囊胚中,一般需時三天。 經過上述處理的囊胚通常能生出150-175隻小鼠。 正常情況下,小鼠的皮膚顏色基因來源於寄主胚胎的胚胎幹細胞,也就是說其皮膚顏色會根據胚胎幹細胞提供者的不同出現差別。 一般情況下,在2到6隻小鼠中,由胚胎幹細胞基因影響小鼠的皮膚和毛髮(表現型)的現象超過了70% ;這種現象表明了胚胎幹細胞對生殖影響的可能性是很大的。

敘利亞倉鼠

敘利亞倉鼠用來模擬人類的醫療狀況,包括各種癌症、代謝疾病、非癌症呼吸道疾病、心血管疾病、傳染病和一般健康問題。 2006-07年,美國動物研究使用的敘利亞倉鼠數量在所有實驗動物數量中占比19% 。[9]

大鼠

局限性

儘管小鼠、大鼠和其他齧齒動物是目前生物醫學研究中使用最廣泛的動物,但最近的研究充分表明了它們的局限性。[10] 例如,齧齒動物在敗血症、燒傷、炎症、中風、 ALS、阿爾茨海默氏症、糖尿病、癌症、多發性硬化症、帕金森氏症和其他疾病的實驗中,實用性受到了一些研究人員的質疑。[11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23][24][25] 特別是關於小鼠的實驗,一些研究人員抱怨,「我們浪費了數十億最終得到了錯誤的結論「,這是因為在研究中過於依賴這些動物實驗。

《The Scientist》雜誌上的一篇文章指出:「使用動物模型研究治療人類疾病的困難在於人類和其他生物之間的代謝、解剖和細胞層面的差異,但還有比這更嚴重的問題」,包括研究本身的設計和執行問題。

例如,研究人員發現,實驗室里的許多小鼠和大鼠都因為過量的食物和較少的運動而變得肥胖,這將改變它們的生理機能和藥物代謝速度。[26] 包括小鼠和大鼠在內的許多實驗動物,被發現長期處於壓力之下,這也會對研究結果產生負面影響,也會影響將研究結果用於人類時的準確性。[27][28] 研究人員還指出,許多涉及小鼠、大鼠和其他齧齒動物的研究設計不當,導致了存疑的研究結果。 對於在實驗室環境中飼養的齧齒動物研究存在缺陷的一個解釋是,它們缺乏與外界(環境)因素的接觸,因此不能自由地作出決定並承擔後果(這裡指的是一種動物行為)。 通過極端貧乏的方式飼養齧齒動物,會導致這些圈養的動物與人類或其野生個體的相似性減弱。

一些研究表明,動物實驗中發表的數據不充分可能導致無法復現的研究(結果);若在論文中遺漏了有關如何完成實驗的具體細節或實驗的差異,則可能在(重複實驗時)會出現偏差。2014年加拿大蒙特婁麥吉爾大學(McGill University)的一項研究即是一個包含難以發現偏差的例子:該研究表明,男性飼養的小鼠比女性飼養的表現出了更高的壓力水平[29][30] 。2016年的另一項研究表明,小鼠的腸道微生物群可能對研究結果產生影響。[31]

參見

參考文獻

  1. ^ "Annual Statistics of Scientific Procedures on Living Animals, Great Britain, 2015頁面存檔備份,存於網際網路檔案館) Home Office
  2. ^ US Statistics, 2014頁面存檔備份,存於網際網路檔案館) - Speaking of Research
  3. ^ Carbone, L. What Animals Want: Expertise and Advocacy in Laboratory Animal Welfare Policy. Oxford University Press. 2004. ISBN 9780195161960. 
  4. ^ Willis-Owen SA, Flint J. The genetic basis of emotional behaviour in mice. Eur. J. Hum. Genet. 2006, 14 (6): 721–8 [2018-09-03]. PMID 16721408. doi:10.1038/sj.ejhg.5201569. (原始內容存檔於2016-08-12). 
  5. ^ The world’s favourite lab animal has been found wanting, but there are new twists in the mouse’s tale. The Economist. [2017-01-10]. (原始內容存檔於2018-04-24). 
  6. ^ The Measure Of Man頁面存檔備份,存於網際網路檔案館), Sanger Institute Press Release, 5 December 2002
  7. ^ Biosciences, Taconic. Transgenic Mouse & Rat Models - Positive Negative Selection & Isogenic DNA Gene Target. www.taconic.com. [2018-09-03]. (原始內容存檔於2020-11-12). 
  8. ^ WUSM :: Mouse Genetics Core :: Services. Washington University in St. Louis. 2005-07-07 [2007-10-22]. (原始內容存檔於2007-08-04). 
  9. ^ United States Department of Agriculture, Animal Care Annual Report of Activities - Fiscal Year 2007 (PDF), United States Department of Agriculture, September 2008 [14 January 2016], (原始內容存檔 (PDF)於2020-08-07) 
  10. ^ Kolata, Gina. Mice Fall Short as Test Subjects for Some of Humans’ Deadly Ills. New York Times. 11 February 2013 [6 August 2015]. (原始內容存檔於2020-11-12). 
  11. ^ Seok; et al. Genomic responses in mouse models poorly mimic human inflammatory diseases. Proceedings of the National Academy of Sciences. 7 January 2013, 110: 3507–3512 [6 August 2015]. PMC 3587220 . PMID 23401516. doi:10.1073/pnas.1222878110. (原始內容存檔於2020-12-23). 
  12. ^ Bart van der Worp, H. Can Animal Models of Disease Reliably Inform Human Studies?. PLOS Medicine. 30 March 2010, 2: 1385 [6 August 2015]. PMC 1690299 . PMID 1000245. doi:10.1371/journal.pmed.1000245. (原始內容存檔於2021-01-03). 
  13. ^ Gawrylewski, Andrea. The Trouble With Animal Models. The Scientist. 1 July 2007 [6 August 2015]. (原始內容存檔於2017-10-13). 
  14. ^ Benatar, M. Lost in translation: Treatment trials in the SOD1 mouse and in human ALS. Neurobiology of Disease. April 2007, 26 (1): 1–13 [6 August 2015]. doi:10.1016/j.nbd.2006.12.015. (原始內容存檔於2015-09-24). 
  15. ^ Check Hayden, Erika. Misleading mouse studies waste medical resources. Nature. 26 March 2014 [6 August 2015]. (原始內容存檔於2020-10-20). 
  16. ^ Perrin, Steve. Preclinical research: Make mouse studies work. Nature. 26 March 2014 [6 August 2015]. (原始內容存檔於2020-11-09). 
  17. ^ Cavanaugh, Sarah; Pippin, John; Bernard, Neal. Animal models of Alzheimer disease: historical pitfalls and a path forward1 (PDF). ALTEX. 10 April 2013, 31 (3): 279–302 [6 August 2015]. doi:10.14573/altex.1310071. (原始內容存檔 (PDF)於2016-03-19). 
  18. ^ Roep, Bart; Atkinson, Mark; von Herrath, Matthias. Satisfaction (not) guaranteed: re-evaluating the use of animal models in type 1 diabeties. Nature Immunology. November 2004, 4: 989–997 [6 August 2015]. PMID 15573133. doi:10.1038/nri1502. (原始內容存檔於2016-01-19). 
  19. ^ Charukeshi Chandrasekera, P; Pippin, John. Of Rodents and Men: Species-Specific Glucose Regulation and Type 2 Diabetes Research (PDF). ALTEX. 21 November 2013, 31: 157–176 [6 August 2015]. doi:10.14573/altex.1309231. (原始內容存檔 (PDF)於2017-08-08). 
  20. ^ Glenn Begley, C; Ellis, L. Drug development: Raise standards for preclinical cancer research. Nature. 29 March 2012, 483: 531–533 [6 August 2015]. PMID 22460880. doi:10.1038/483531a. (原始內容存檔於2017-09-18). 
  21. ^ Voskoglou-Nomikos, T; Pater, J; Seymour, L. Clinical predictive value of the in vitro cell line, human xenograft, and mouse allograft preclinical cancer models (PDF). Clinical Cancer Research. 15 September 2003, 9: 4227–4239 [6 August 2015]. (原始內容存檔 (PDF)於2014-09-13). 
  22. ^ Dennis, C. Cancer: off by a whisker. Nature. 17 August 2006, 442 (7104): 739–41. PMID 16915261. doi:10.1038/442739a. 
  23. ^ Garber, K. Debate Grows Over New Mouse Models of Cancer. Journal of the National Cancer Institute. 6 September 2006, 98 (17): 1176–8. PMID 16954466. doi:10.1093/jnci/djj381. 
  24. ^ Begley, Sharon. Rethinking the war on cancer. Newsweek. 5 September 2008 [6 August 2015]. (原始內容存檔於2020-11-12). 
  25. ^ Bolker, Jessica. There's more to life than rats and flies. Nature. 1 November 2012 [6 August 2015]. (原始內容存檔於2016-03-07). 
  26. ^ Cressey, Daniel. Fat rats skew research results. Nature. 2 March 2010, 464 (19) [6 August 2015]. PMID 20203576. doi:10.1038/464019a. (原始內容存檔於2020-11-09). 
  27. ^ Balcomb, J; Barnard, N; Sandusky, C. Laboratory routines cause animal stress.. Contemporary Topics in Laboratory Animal Science. November 2004, 43 (6): 42–51. PMID 15669134. 
  28. ^ Murgatroyd, C; et al. Dynamic DNA methylation programs persistent adverse effects of early-life stress. Nature Neuroscience. 8 November 2009, 12: 1559–1566 [6 August 2015]. PMID 19898468. doi:10.1038/nn.2436. (原始內容存檔於2010-09-11). 
  29. ^ Katsnelson, Alla. Male researchers stress out rodents. Nature. 2014 [2018-09-03]. doi:10.1038/nature.2014.15106. (原始內容存檔於2019-02-13). 
  30. ^ Male Scent May Compromise Biomedical Research. Science | AAAS. 2014-04-28 [2017-01-10]. (原始內容存檔於2017-10-20). 
  31. ^ Mouse microbes may make scientific studies harder to replicate. Science | AAAS. 2016-08-15 [2017-01-10]. (原始內容存檔於2020-11-12). 

外部連結