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张海:人源化实验动物在国内应用现状与趋势

发布日期:2015-08-07       文章来源:第四军医大学实验动物中心       作者:

摘要:我国政府和科学家一直对人源化动物研究工作非常工作重视。自从国外报道人源化小鼠以后,我国科学家就积极开始了这方面的研究工作以开发具有独立知识产权的人源化动物。从整体水平来看,尽管我国人源化动物研究起步晚,但进展较快,目前在这方面已经取得很大成功。
    实验动物作为“活试剂”为人类健康事业做出了很大贡献,医学上许多重大发现都离不开实验动物。但由于人与实验动物的差别,目前仍有许多人类疾病模型在实验动物中不能复制;即使能复制,也由于实验动物疾病与人类疾病存在的差异,这些模型不能完全反应人类疾病的特点,严重制约了生物医学发展。为了克服这一弊端,近几十年来,科学家进行了许多努力,试图通过细胞生物学、分子生物学等新技术、新方法将人组织/器官移植到实验动物,在其体内重建人组织/器官功能以建立人种属特异性病理、生理反应。于是,在实验动物学研究领域诞生了一个新的学科分枝—人源化动物。
 
    所谓的人源化动物是指体内带有功能性的人类基因、细胞或组织的实验动物。上世纪八、九十年代开始研究者将人PBMC、胎儿胸腺等移植到裸鼠、NOD-SCID小鼠等免疫缺陷动物,建立了携带有人组织/器官的嵌合体动物,移植的人组织/器官可以在受体动物中生长,因此也会产生人病理、生理反应。此类动物可以说是人源化动物的雏形。但由于移植物在动物体内存活时间短,只能局部反应人种属特点,因此其应用范围有限。进入二十一世纪后,随着体外同源重组技术和胚胎干细胞技术的不断完善,人源化动物发展也日新月异,目前已有多个不同品种、品系的人源化动物供生物医学研究应用。
 
    人源化动物是在免疫缺陷动物的基础上建立起来的。由于免疫系统缺失,来源于人的移植物才可在免疫缺陷动物体内存活。在人源化动物研究之初,自发性免疫缺陷裸小鼠是研究者常用的工具;随之,免疫缺陷程度更高的SCID、NOD-SCID小鼠成为研究者的新宠,广泛用于人源化动物的研究。但不管是裸小鼠还是SCID小鼠,其免疫缺陷程度有限,无法从根本上解决移植物在受体动物长时间存活的问题。随着体外同源重组技术和胚胎干细胞技术的不断完善,研究者将免疫相关基因进行突变,导致动物免疫功能低下、免疫缺陷程度更高,更有利于移植物在该类动物机体存活。目前常见的人源化动物就是在不同品种、品系动物机体内敲除scid、prkdc、rag2、 IL2rg、β2m及 Prf1等基因后导致动物免疫功能下调,然后将人CD34+造血干细胞、胎肝组织、胸腺组织等移植到此类动物后构建而成。与传统的裸鼠、SCID及NOD-SCID小鼠相比,基因工程免疫缺陷小鼠由于敲除了免疫相关基因,免疫缺陷程度更高,不仅T、B细胞缺失,而且NK细胞功能也缺失,更易于移植物在体内存活。以人源化小鼠为例,一般是将人免疫系统和/或肝脏系统移植到上述免疫缺陷动物后构建而成。目前这方面的明星鼠是以JAX公司的NOG、NSG小鼠及Taconic公司的hGM-CSF/hIL3-NOG小鼠为代表,在人源化动物研究中得到广泛应用。