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模型制备

神经系统疾病动物模型

2019年02月11日 浏览量: 评论(0) 来源:《神经疾病动物模型制备理论与技术》 作者:王延华 李力燕 李利华 主编 责任编辑:yjcadmin
摘要:人类疾病的发展十分复杂,以人本身作为实验对象来深入探讨疾病发生机制,推动医药学的发展之过程缓慢,临床积累的经验不仅在时间和空间上都存在局限性,而且许多实验在道义上和方法上也受到限制。而借助于动物模型的间接研究,可以有意识地改变那些在自然条件下不可能或不易排除的因素,以便更准确地观察模型的实验结果,并与人类疾病进行比较研究,有助于更方便、更有效地认识人类疾病的发生、发展规律,研究防治措施。人类疾病动物模型(animal model of human disease)是指各种医学科学研究中建立的具有人类疾病模拟表现的动物。动物模型主要用于实验生理学、实验病理学和实验治疗学研究。

人类疾病的发展十分复杂,以人本身作为实验对象来深入探讨疾病发生机制,推动医药学的发展之过程缓慢,临床积累的经验不仅在时间和空间上都存在局限性,而且许多实验在道义上和方法上也受到限制。而借助于动物模型的间接研究,可以有意识地改变那些在自然条件下不可能或不易排除的因素,以便更准确地观察模型的实验结果,并与人类疾病进行比较研究,有助于更方便、更有效地认识人类疾病的发生、发展规律,研究防治措施。人类疾病动物模型(animal model of human disease)是指各种医学科学研究中建立的具有人类疾病模拟表现的动物。动物模型主要用于实验生理学、实验病理学和实验治疗学研究。

神经疾病动物模型的复制,是用人为的方法,使动物在一定的致病因素(物理、化学、生物)作用下,造成动物神经组织、器官或全身一定程度的损害,出现某些类似人类神经疾病的功能、代谢、形态结构方面的变化或各种疾病,通过这种手段来研究人类疾病的发生、发展规律,为研究人类神经系统疾病的预防、治疗提供理论依据。根据神经系统的解剖,可将神经疾病动物模型分为周围神经系统疾病动物模型和中枢神经系统疾病动物模型。根据致病因素可分为外伤动物模型、代谢障碍动物模型、发育异常动物模型、遗传代谢障碍动物模型、精神障碍动物模型及其他动物模型等。另外,根据发病部位,除按周围或中枢神经系统大范围的分类以外,还可按具体的部位分为不同的模型。

一、周围神经疾病动物模型

周围神经损伤虽然仅占全部创伤的1.5%~4.0%,但其可引起严重的肢体功能障碍,主要以运动障碍、感觉障碍和营养障碍为主,有较高的致残率。周围神经损伤部位及程度不同,所产生的临床症状也不尽相同。因周围神经解剖和功能上的特殊性,选择适当的实验动物与模型建立方法,对周围神经损伤修复研究有着深远的影响。根据神经损伤的类型,主要分为卡压伤、牵拉伤及离断伤等。

卡压伤为周围神经行经某部骨纤维管。少数为纤维缘受到压迫和慢性损伤引起炎性反应,产生神经功能异常,局部血供受限,继而引起神经损伤段轴索连续性中断。目前周围神经卡压伤主要就是急、慢性神经卡压伤,其模型建立采用的方法:使用外力包括钳夹、线扎等手段对拟损伤的神经进行破坏,使其产生一定的损伤,产生一定的临床表现,从而模拟人体损伤的过程。

二、脊髓损伤动物模型

脊髓损伤(spinal cord injury, SCI)的致残率和致死率高,不仅给患者带来痛苦,同时也给社会和家庭带来沉重的负担。早在1911年,Allen就曾采用重物坠击(weight-dropping, WD)法,首次制作脊髓损伤动物模型,标志着实验性脊髓损伤研究的开始。此后,不断出现新的脊髓损伤动物模型,包括机械损伤、电损伤、激光损伤、缺血性损伤及化学损伤等动物模型。目前,根据机械损伤的类型可分为撞击、压迫、牵张、切割、震荡、钳夹、缺血等损伤动物模型。目前来讲,使用最多的研究载体为大鼠,造模损伤节段多为T5~T12。目前,虽然对脊髓损伤的研究有较多的动物模型可以选择,但进展相对缓慢,其原因在于脊髓损伤后的病理生理机制非常复杂,人们对此认识还不够深入、全面。特别是近些年来对脊髓损伤后,微观环境及各种神经营养因子在脊髓损伤后所起到的作用的相关研究,对脊髓损伤动物模型提出了更高的要求。所以,各种动物模型与临床脊髓损伤仍有很大区别。每种模型仅能代表脊髓损伤的某一侧面,各种模型有其优缺点。但我们相信,随着科研工作者的努力,人们会对脊髓损伤动物模型制作方法进行改进,进一步标准实验方法以减少模型间差异,更加准确地定位损伤部位,更好地控制损伤程度等。今后,会制作出更接近临床状态,更可靠、标准化、调控性强、重复性强的脊髓损伤动物模型。

三、记忆障碍动物模型

记忆是一个极其复杂的过程。主要包括:记忆获得、记忆巩固和记忆再现。所以,记忆障碍动物模型也主要是针对这3个阶段来制作的。记忆获得障碍模型主要是采用某种药物(东莨菪碱、戊巴比妥钠、利血平、亚硝酸钠等)制作。记忆巩固障碍模型主要是采用电休克、缺氧、抑制蛋白质合成、一氧化碳中毒等使动物记忆不再保持。记忆再现障碍模型一般采用灌服乙醇法制作。另外,还有混合记忆障碍模型,主要包括高血压、痴呆、微量元素、噪声等诱导动物产生混合记忆障碍。

四、锥体外系疾病动物模型

锥体外系疾病动物模型主要为帕金森病动物模型。其临床特征为静止性震颤、肌强直和运动迟缓,病因尚不清楚,一般认为主要与老龄化、遗传基因和环境等综合因素有关。目前较明确的病理改变是黑质致密部多巴胺(dopamine, DA)能神经元变性坏死,出现路易小体,进而导致黑质纹状体内以DA合成减少为主要特征的神经生化改变。此种模型主要包括神经毒素模型、基因敲除模型、转基因模型及免疫或机械损伤模型等,主要是使动物产生帕金森病相关表现。

五、发作性疾病动物模型

癫痫是慢性反复发作性短暂脑功能失调综合征,以脑神经元异常放电引起反复痫性发作为特征。其动物模型的制作主要根据其临床表现分为全面强直一阵挛发作(大发作)、单纯部分发作、复杂部分发作、失神发作(小发作)、癫痫持续状态等模型。一般分为电休克模型、化学诱导模型、遗传性发作模型和慢性实验性模型。其中,电休克模型是最常见的。化学诱导模型主要用于说明一个化合物抑制癫痫发作的作用机制。常用的化学致惊剂有樟脑、士的宁、戊四氮、荷包牡丹碱、丙烯甘氨酸、印防己毒素、异烟肼、3-巯基丙酸和氨茶碱等。

六、脱髓鞘疾病动物模型

中枢神经系统脱髓鞘后髓鞘再生困难,具体机制尚不清楚。目前中枢神经系统脱髓鞘动物模型主要包括实验自身免疫性脑脊髓炎模型、毒素模型、病毒模型、转基因及基因敲除模型。实验自身免疫性脑脊髓炎动物模型制备是用髓鞘糖蛋白、髓鞘蛋白脂蛋白、髓鞘相关糖蛋白等髓鞘成分免疫动物,在其中枢神经系统产生炎症。毒素诱导脱髓鞘模型的建立主要是通过喂食或注射的方法使毒素作用于髓鞘产生脱髓鞘反应,常用的化学物质有Cupri-zone、溴乙锭和溶血卵磷脂。

七、运动神经元疾病动物模型

运动神经元疾病是选择性侵犯脊髓前角细胞、脑干运动神经元、皮质锥体细胞和锥体束的慢性进行性变性疾病。临床表现为肌无力、肌萎缩和锥体束征的不同组合,一般无感觉障碍和括约肌障碍。主要包括:药物毒性所致的运动神经元疾病动物模型、自发性动物模型、转基因动物模型、免疫型运动神经元疾病模型、体外细胞或组织培养模型。皮质脊髓束受累是运动神经元疾病的一个重要特点。但目前绝大多数的动物模型都无法做到选择性皮质脊髓束的受累。因为在动物界中只有灵长类动物具有与人类相似的皮质脊髓束的结构和功能特点,这是阻碍运动神经元疾病动物模型发展的一大障碍。

八、痴呆动物模型

痴呆是指慢性获得性进行性智能障碍综合征。临床上以缓慢出现的智能减退为主要特征,伴有不同程度的人格改变。它是一组临床综合征,而非一种独立的疾病。所以,实验动物模型较多,只要是实验动物产生痴呆的症状,都可以归为痴呆模型。而研究中主要有阿尔茨海默病动物模型和血管性痴呆模型。阿尔茨海默病动物模型种类繁多。其主要的研究思路就是在动物身上模拟接近客观事实的阿尔茨海默病行为学改变及病理产物,主要是通过物理、化学或改变基因的方法使动物产生阿尔茨海默病的改变。血管性痴呆模型主要是通过手术或化学的方法使动物大脑相应血管阻断或缺血、缺氧,从而影响大脑病理学的改变。

九、抑郁症动物模型

抑郁症造模方法较多,多数模型既能够从临床表现方面模拟抑郁症患者的行为特征,又能够从分子生物的角度模拟抑郁症患者大脑神经递质的变化。主要有慢性不可预知刺激(倾斜鼠笼、禁水禁食、夹尾、冰水浴、热应激、潮湿垫料、昼夜颠倒和水平震荡等)、小鼠强迫游泳实验、小鼠悬尾实验、利血平实验、大鼠嗅球切除模型、局灶性脑缺血模型、大鼠获得性无助实验、转基因动物模型等。近年来随着分子生物学在精神医学中的广泛应用。在抑郁症模型的制作过程中也引进了一些新的先进技术和方法。已有学者通过质粒转染的方法使大鼠表达糖皮质激素受体mRNA的反义RNA,制造了一种类似抑郁症的转基因动物,并认为此模型可以复制抑郁症地塞米松抑制实验。

十、神经系统肿瘤动物模型

建立和人脑肿瘤具有高模拟性的动物模型是神经外科必不可少的重要研究工具。早期脑肿瘤动物模型主要采用化学或病毒诱导实验动物产生脑肿瘤移植模型瘤。其局限性主要表现在动物模型诱导的不稳定性及实验材料保存困难。目前的方法主要有脑肿瘤移植模型及转基因动物模型。特别是转基因脑肿瘤模型和基因敲除脑肿瘤模型建立在离体和在体相结合的基础上,在分子和细胞水平上进行操作,由动物整体水平产生效应。因此能从更完整的系统中去探讨脑肿瘤的遗传发病机制,脑肿瘤细胞与机体之间的免疫学关系,脑肿瘤的发展及演变过程。

十一、颅脑损伤动物模型

创伤性颅脑损伤(traumatic brain injury, TBI)是创伤的重要组成部分,常可导致意识丧失、记忆缺失及神经功能障碍。此类模型主要为外力所致,所以实验条件相对好控制,动物模型也较多。常见的有自由落体打击损伤模型、液压冲击损伤模型、控制性皮质撞击损伤模型、颅脑火器损伤模型、颅脑局部空气冲击损伤模型、直接损伤模型、负压损伤模型、加速和减速损伤模型、瞬间旋转损伤模型、缺血性颅脑损伤模型、脑冷冻伤模型、脑损伤合并复合伤模型等。现实生活中颅脑损伤的发生有很大的不可预见性且很复杂,对于科学研究来说,迫切需要制备更多类型的创伤性颅脑损伤模型以适应不同类型脑损伤的研究,需要更好的可控制性、重复性、稳定性等。

十二、神经系统中毒动物模型

神经毒素是以神经系统为靶系统的毒性物质。其主要特征是干扰神经系统功能,产生相应的中毒体征和症状,严重时可致命。当机体吸入或接触相关的神经毒素时,就会产生神经中毒症状。动物模型也是根据相应的毒素来制作的,常用的毒素有一氧化碳、铝、乙醇、有机磷、海洛因等。

上文仅对常见的神经系统疾病动物模型进行了概述,但在具体实验过程中,模型远远不止这些,例如,一个神经系统疾病的并发症也可以制作一个动物模型,其他疾病如有神经系统临床表现的也可以归为神经系统疾病动物模型。随着研究的不断深入,会有越来越多的模型出现,也会在原有模型的基础上进行改进而产生新的模型。一个好的疾病模型应具有以下特点:①再现性好,应再现所要研究的人类疾病,动物疾病表现应与人类疾病相似;②动物背景资料完整,生命周期满足实验需要;③复制率高;④专一性好,即一种方法只能复制出一种模型。任何一种动物模型都不能复制出人类疾病的所有表现,动物毕竟不是人体,模型实验只是一种间接性研究。只可能在一个局部或一个方面与人类疾病相似。所以,模型实验结论的正确性是相对的,最终还必须在人体上得到验证。复制过程中一旦发现与人类疾病不同的现象,必须分析差异的性质和程度,找出异同点,以正确评估。

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