动物实验作为现代生命科学不可分割的一个组成部分,是保证高水平科学实验研究的一个必不可少的基础和支撑条件,是衡量科学研究水平的重要标志。中国科学院作为国家战略科技力量,担负着引领我国生命科学领域发展的主要任务。中国科学院致力于建设具有科学院特色的动物实验平台,为关系国家全局和长远发展的基础性、战略性、前瞻性的重大科技问题的科学研究,提供完善的技术支撑。
中国科学院特色与模式动物平台是2006年在财政部专项经费支持下建立的。中国科学院从2006年起整合了中国科学院现有的人才与资源的优势,分别在北京、上海、武汉、广州、昆明等地遴选了13个已具备一定硬件设施及研究队伍的单位组建了中国科学院特色与模式动物实验平台。通过10年的建设,动物实验平台紧密围绕“一三五”和“创新2020”发展战略提出的重点任务,高质量地为“创新2020”及到2030年左右全面实现“四个率先”目标提供面向全院,辐射全国的实验动物平台支撑。
1.国外实验动物发展趋势
(1)实验动物新品种、新品系不断增加
(2)实验动物使用数量呈现上升趋势,质量也同时提高
当前,发达国家在进行科学研究中所使用的大多是SPF级以上的实验动物,普通级、清洁级动物使用量逐渐减少或被停止使用,如美国在上个世纪90年代初已普及SPF级。日本、澳大利亚和加拿大等国使用的大、小鼠等小型实验动物大多也为SPF级。其次,由于愈来愈重视动物福利和动物实验结果的质量,实验动物质量不断提高,保证了实验结果的可靠性、稳定性和重复性,利用少量实验动物便可获得高度准确的动物实验结果。此外,实验动物替代研究发展加快,转基因动物模型的应用及“3R”运动的推进,提高了实验动物的利用率,在保证动物实验结果准确性和可靠性的前提下,使实验动物的使用量和质量上都稳步增加。
(3)实验动物生产供应走向专业化
(4)实验动物管理规范化、法制化
在发达国家,对实验动物的管理十分严格和规范,并以立法的形式提供制度保障。西方国家对实验动物管理和立法侧重于“动物保护”方面,要求在获得满意实验结果的同时,应尽量减少实验动物的损伤和痛苦,因此,对可以用作实验的动物种类,实验动物的使用甚至实验动物的处死等各环节都有具体的要求和规定,体现一种对动物的人文关怀。
2.国内实验动物发展现状
(1)实验动物管理体系建设逐步完善
(2)实验动物设施建设与资金投入力度加大
近10年来,国家和各省(市)都加大了对实验动物的投入,设立了各种实验动物发展专项经费,动物饲养设施、实验动物质量监测设施、动物实验平台都得到了不同程度的改善。目前,全国用于实验动物生产繁育的设施超过100万平方米,其中清洁级及SPF级设施已占半成,用于动物实验的设施超过30万平方米。北京、上海和广东是我国实验动物研究最发达地区,屏障系统面积拥有量都接近全国总面积的50%。国内其他地方由于实验动物方面投入还不够充分,有些地方虽然建得起屏障设施,但付不出运转维护费用。这些因素影响、制约了我国实验动物科学的现代化发展进程。
(3)实验动物的生产经营逐步走向商品化、产业化
(4)动物资源实验动物化的开发与利用
我国实验动物事业虽然起步较晚,但在国家和地方的支持下,近年来在实验动物新品种、品系的研发方面取得了一定进展,一些实验动物的质量也具有相当的竞争能力。如我国特有的实验小型猪:贵州香猪、广西巴马小型猪、版纳微型猪、五指山小型猪培育;疾病动物模型、转基因大小鼠;近年来,灵长类研究也正成为未来中国最有希望的重点研究领域,实验灵长类将成为促进中国生命科学某些领域取得发展或突破的一个重要载体,如人类疾病模型、药物开发、神经科学、基因组学和进化生物学、干细胞与再生医学以及治疗性克隆的基础研究。
实验动物科学伴随着生命科学的发展有力地推动着生物技术革命的进程,决定了生物高科技和医药高科技将成为时代竞争的焦点和制高点。实验动物研究趋势主要向两方面发展:一方面需要严格控制条件下的纯化实验动物做精准的实验动物模型研究,一方面则突出保持野性的健康野生实验动物,强调在自然条件下进行野生动物实验研究。这就需要同时涉及不同类型的实验动物材料:高度纯化的实验动物品系以及健康活泼具有自然野性的实验动物种群。两方面的实验材料对比研究,对于分析和揭示动物行为适应模式和进化机理意义更为重要。
例如在鼠虫害防治领域,需要健康安全的具有野生习性的鼠虫源作为实验动物,因其对自然环境具有更好的适应能力,在分析动物的生活习性、行为节律、繁殖扩散、食物选择、抗药性及疾病发生机理等研究方面具有很好的代表性,是进行野生动物种群数量动态、栖息地变化以及野生动物种群对全球气候变化以及人类干扰活动研究的理想实验动物材料。同时,在野生动物行为学适应性、进化以及神经生物学调控机制等研究领域,除了需要纯化的实验动物品系做对比之外,还需要健康活泼的野生实验动物,这些野生实验动物具备完全的社群行为习性,可以完成对动物进化适应机制、社群行为模式以及神经生物学调控机理的研究。此外,建立符合我国农业生产实践需求的农业有害动物控制的实验动物模型,对于提升我国农业有害动物的控制研究水平,促进新技术和新方法的开发,有效开展害虫害鼠的治理、减少化学农药,保障我国农业、社会经济、生态和食品安全的可持续和健康发展具有重要意义。
在此基础上,在重大疾病动物模型资源动物实验动物化的关键核心技术上实现突破,制定实验动物新品种、人类疾病动物模型的质量标准、技术标准和评价标准,搭建标准化研究、评价分析和技术服务平台,丰富和完善疾病动物模型比较数据库和生物学特性数据库。开展可与国际接轨的实验动物机构认可评价体系建立和关键技术研究。同时凝练一支从事疾病动物模型和动物资源研发与评价、实验动物质量标准化研究的技术服务团队,为人类重大疾病发病机理研究和创新药物的研发与评价提供有力的技术支撑。
为了贯彻落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》,以及国务院《关于充分发挥科技支撑作用,促进经济平稳较快发展的意见》,加快推动中国科学院模式与特色动物实验平台利用联盟的成立,通过中国科学院模式与特色动物实验平台利用联盟来推动推动我国实验动物行业所是一个行之有效的方法。以《国家科技基础条件平台建设纲要》、《“十二五”国家科技基础条件平台建设实施意见》、《国家中长期科学与技术发展规划纲要》为指导,结合全国生命科学研究、生物医学研究、医药产业发展和实验动物发展现状,以开发新型特殊实验动物、提高实验动物质量和动物实验条件为目标,通过完善法制建设,加快实验动物生产、实验动物标准化和动物实验公共平台建设进程,努力培育实验动物产业化,走具有中国科学院特色和优势的实验动物发展道路。
中国科学院特色与模式动物平台总体目标是建立健全院内实验动物设施和地方政策法规的有效结合机制,在中国科学院特色与模式动物平台形成一套规范、有效的实验动物监督管理体系,加强和完善实验动物生产、动物实验、动物质量检测机构的基础设施建设,促进实验动物共享平台和共享机制的形成,在实验动物的研究、开发与利用等方面取得较大突破。同时以“整合资源、服务科研”为目标,为中国科学院模式与特色动物实验平台利用联盟内外成员提供模式动物资源的“一站式”查询和交流共享平台,实现对新型实验动物模型的深度挖掘,为社会提供实验动物资源,以促进我国生命科学与生物医药研究的发展。
1.中国科学院特色与模式动物利用联盟资源共享与交流
联盟成员在实现实验动物品系共享前应签署具有法律效应的MTA。联盟理事会尊重和支持符合MTA的共享行为。为保证联盟一级成员间有序、规范的进行实验动物品系共享,成员间共享时签订的MTA须由实验动物供应方向联盟网站上传一份进行留档保存。
2.科学研究
(1)新型动物模型的研发
A.构建新型SPF级大小鼠模型
B.新型遗传工程大动物模型的建立
利用TALEN和CRISPR/CAS9等基因编辑技术,构建包括转基因大动物(包括大片段转基因,如基于BAC的转基因),基因敲除(包括conventionalKO,conditionalKO),基因敲入,以及更为复杂的基因组改造大动物模型;利用诱变等技术手段,构建新型大中型实验动物模型(如猪疾病模型等)。完成制作出的疾病大动物模型表型分析技术规范和标准,以及动物模型的组织病理学、生理病理学、生物化学、基因表达谱等分析技术规范和标准。
(2)实验动物平台对院内外提供多层次多种类技术服务
另外,依据形成的动物模型评价体系建立表型数据库。采用Oracle数据库构建动物模型的标准化保存数据库:包括部分表型信息,如生理学数据、生化学数据、解剖学数据、病理学数据、行为学数据等。其中的小鼠模型数据库将和国内种子中心以及国际小鼠表型分析联盟数据库链接,并成为其核心数据之一。数据规范符合科技部制定的《实验动物共性描述规范》要求。其他特殊动物模型的数据还将和基因组数据整合。动物模型数据还将和国际小鼠品系资源网和国内实验动物种子中心链接达到快速查询品系与表型数据的共享功能。
(3)野生动物的实验动物化
A.多种实验动物模型的探索与构建
B.野生动物的实验动物化与选育
(4)特色动物模型饲养繁育和资源保存服务
B.特色实验动物的资源保存于开放服务:建立健全和规范的我国特色实验动物平台,提高实验动物的科学管理水平与规范的操作技能,加强动物实验人员队伍的建设,保持实验动物品系及质量,建立包括部分特色动物模型的活体代养,品系建群、扩群、回交,基因型鉴定,微生物与病毒检测等及资源保种保存服务,包括品系净化,胚胎冷冻,体外受精,剖腹产以及胚胎移植等。
1.管理机制
2.平台建设
3.资源开发和产业化
4.人才队伍
目前国内实验动物从业人员学历偏低,整体素质不高,影响实验动物的生产和质量标准化;高水平的研究人才紧缺,研究领域较窄且深度不够,影响实验动物科研水平。为了提高国家实验动物的整体水平,需采取切实措施,稳定现有的实验动物技术队伍,加速培养实验动物的科研、管理、经营人才。中国科学院特色与模式动物平台利用联盟将同国内同行和地方一道,建立培训机制,每年定期举办实验动物培训班,从管理、研究、技术等不同层面进行法律法规、实验理论、技术检测、生产养殖等内容的培训,统一考试并颁发“培训合格证”,实行资格认可制度。通过本平台项目的经费支持,中国科学院将进一步培养一批高层次的学术带头人,改善实验动物平台的基础条件,建立一支学历、学缘、职称、年龄结构合理,能够全面满足中国科学院“四个率先”和“创新2020”要求的实验动物工作团队。同时,中国科学院特色与模式动物平台利用联盟将加强与国外、国内实验动物机构之间的科技交流和协作,积极参加国际国内实验动物学术活动,引进先进技术和理想,引导提高全国实验动物工作的整体水平。