醫學碩士研究生實驗動物學課程教學改革*

張仕斌，孔德營

（遵義醫學院：1.實驗動物中心；2.生理學教研室，貴州遵義563000）

·管理科學·

醫學碩士研究生實驗動物學課程教學改革*

張仕斌1，孔德營2△

（遵義醫學院：1.實驗動物中心；2.生理學教研室，貴州遵義563000）

【提要】為適應醫學碩士研究生科研素質和實驗能力的培養要求，對其選修課實驗動物學課程的教學進行改革實踐。以研究生課題研究中對于實驗動物學的知識需求為導向，將實驗動物學的教學內容分為實驗動物基礎知識、無菌動物及其應用、常用實驗動物介紹、實驗動物及其生物安全防護、人類疾病動物模型、免疫缺陷動物及其應用、實驗動物遺傳工程、動物實驗基本操作技術和方法、實驗動物福利9個部分。授課方式以專題講座的形式進行，綜合采用講授式、討論式、啟發式、演示法、案例分析法等多種教學方法，力求促進研究生科研能力和創新能力的培養，取得了良好的效果。

動物實驗；教育，醫學，研究生；教學改革

實驗動物學內容極為豐富，是一門理論與實際結合密切的學科［1］。長期以來，本校實驗動物中心基礎設施落后，不能生產質量標準化的實驗動物，不能開展規范化的動物實驗，致使研究生實驗動物學課程教學不能做到有的放矢，其教學內容比較空泛，教學模式比較單一。隨著本校新校區標準化實驗動物中心建成并投入使用，研究生開展課題研究及動物實驗條件的改善，實驗動物學課程原有的教學內容及教學模式已不能適應研究生教學的需要。為此，本校以研究生課題研究中對于實驗動物學的知識需求為導向，并借鑒其他學校教學實踐經驗［2-3］，將實驗動物學課程原有的教學內容及教學模式進行了改革。本校將教學內容分為實驗動物基礎知識、無菌動物及其應用、常用實驗動物介紹、實驗動物及其生物安全防護、人類疾病動物模型、免疫缺陷動物及其應用、實驗動物遺傳工程、動物實驗基本操作技術和方法、實驗動物福利9個專題，綜合采用講授式、討論式、啟發式、演示法、案例分析法等多種教學方法，力求促進研究生科研能力和創新能力的培養。

1　實驗動物基礎知識

實驗動物是醫學研究重要的基礎和支撐條件，與設備、信息和試劑共同構成醫學研究領域進行實驗研究所需的4大基本要素［4］。由于現代科學技術的發展，許多高、精、尖的儀器設備和高純度的試劑都已商業化生產，及時可靠的情報信息也十分容易獲取。而實驗動物由于其特殊的生命屬性，要達到標準化的質量要求卻并不容易。因此，實驗動物已成為影響整個實驗研究質量和水平的首要制約性因素。

實驗動物是指經人工培育，對其攜帶的微生物實行控制，遺傳背景明確或來源清楚，用于科學研究、教學、生物制品或藥品鑒定及其他科學實驗的動物。按照實驗動物的概念，人們通過對實驗動物的遺傳特性進行控制，采用特殊的育種和保種技術，培育出滿足不同研究目的需要的近交系動物、封閉群動物、突變系動物、雜交一代動物及轉基因動物、基因敲除動物、克隆動物等；同時，采用微生物學質量控制，實驗動物被分為普通級動物、清潔級動物、無特定病原體動物和無菌動物（包含悉生動物）4個等級。本部分內容緊緊圍繞實驗動物的概念及實驗動物的分類，采用講授式為主的教學方式對影響實驗動物質量的因素及其可能對實驗結果產生的影響進行介紹，采用啟發式和問答式教學方法對不同類別實驗動物的應用特點進行講解。通過本部分內容的學習，使學生掌握實驗動物相關的基本概念，熟悉和了解不同類別實驗動物的應用特點，使學生樹立使用質量合格的標準化實驗動物進行規范化動物實驗的意識，為其今后開展高水平課題研究打下基礎。

2　無菌動物及其應用

無菌動物，顧名思義，指不可檢出一切生命體的實驗動物，是微生物學質量等級最高的實驗動物。無菌動物來源于剖宮產或無菌卵的孵化，飼育于隔離系統。由于無菌動物是人工培育的一種特化的實驗動物，其動物機體中排除了各種微生物的干擾，從而在生物醫學研究特別是在微生態學研究中具有獨特的應用價值。事實上，無菌動物的研究興起于20世紀40～70年代，人們相繼培育出大鼠、小鼠、豚鼠、兔等多種無菌動物，但由于在當時沒有具體的實際應用價值而一度中斷研究達30年之久。直到2004年，無菌斑馬魚再度被培育出來。此后，無菌動物才逐漸成為微生態學、免疫學、異種移植等研究領域重要的動物模型和工具。本部分內容主要采用講授式方法向學生介紹無菌動物相關的概念、無菌動物研究的發展歷程及現狀；采用圖片演示法和討論式的方法講解無菌動物的生理特點及培育過程；采用文獻導入法介紹無菌動物應用于微生態學研究的最新進展及最新研究技術，采用啟發式的方法引導學生思考如何將無菌動物應用于各自學科專業領域的研究。通過本部分內容的學習，使學生了解無菌動物在現代醫學研究中的特殊應用價值及其研究現狀和發展趨勢，引導學生將學習內容與本專業學科課題研究相聯系，培養其科研思維。

3　常用實驗動物介紹

對即將開展動物實驗工作的研究生來說，了解常用實驗動物的生物學特性和解剖生理特點，是做好動物實驗的前提。只有充分了解了實驗動物的特點和特性，才可以在實際實驗工作中，科學地選擇實驗動物，合理地應用實驗動物，正確地分析實驗結果，得出準確、可靠的結論。一般來說，動物所處的進化階段愈高，其功能、結構、生理特性、疾病特點和實驗反應也愈接近人類，如猩猩、獼猴、狒狒等非人靈長類動物是最類似于人類的。它們是胚胎學、病理學、解剖學、生理學、免疫學、牙科學和放射醫學研究的理想動物。但實際中，非人靈長類動物屬稀有動物，來源很少，又需特殊飼養，培育難度很大。另一方面，也并非只有非人靈長類動物與人具有相似性。許多哺乳類實驗動物在某些功能、代謝、結構及疾病特點方面也與人類近似。從實驗動物的發展和實際應用來看，小鼠由于體型小，繁殖能力強，生命周期短，且飼養管理方便，易于實驗操作和觀察而成為應用最廣泛的實驗動物。其次，大鼠、豚鼠、兔、犬、小型豬等實驗動物也在許多研究領域的應用中發揮著重要的作用。此外，由于特殊的生物學特性和應用價值，被實驗動物化的動物還有地鼠、沙鼠、貓、雞、樹鼩、旱獺、高原鼠兔、斑馬魚等。本部分內容主要通過講授式的方法結合多媒體圖片向學生介紹常用實驗動物主要的生物學特性及其在醫學研究中的應用情況，為其今后選擇合適的實驗動物開展課題研究提供思路。

4　實驗動物及其生物安全防護

實驗動物是生物安全防治的重要研究工具，但實驗動物也可能成為破壞生物安全的載體。根據最近蘇格蘭愛丁堡大學的研究人員馬克、伍爾豪斯報道，目前有1 407種病原體，能使人受到感染，其中包括病毒、細菌、寄生蟲、原生動物及真菌。在這些病原體中，有58%來自動物。動物實驗室是一個獨特的工作環境，可能造成室內或周圍人員感染傳染病的危險。在微生物學發展史中有大量實驗室內感染傳染病的報道，如1941年，在美國有74人被實驗室相關性布魯氏桿菌感染（Meyer Eddie報告）［5］；1949年美國發表了一篇實驗室相關性感染調查報告（Sulkin Pike）總結了222例病毒性感染，其中至少有1/3的病例感染與患病動物和病理組織處理方式有關［6］；2004年4月，中國疾病預防控制所實驗室2名工作職員因實驗違規操作受到了SARS感染［7］。這些案例不勝枚舉，給實驗動物從業人員的生物安全意識敲響了警鐘。因此，對于即將開展動物實驗的研究生，了解生物安全的相關知識非常必要。本部分內容根據多媒體提供的圖片和設置引導性問題并通過討論的形式向學生介紹：生物安全基本知識，實驗動物與生物安全的關系，實驗室生物安全防護的主要內容和措施。通過本部分內容學習，加深學生對實驗動物與生物安全關系的認識，強化學生疫病感染控制的觀念，熟知傳染病暴發時衛生部門對感染控制的步驟和方法及一般性生物安全防護處置措施。

5　人類疾病動物模型

人類疾病動物模型是指各種醫學科學研究中建立的具有人類疾病表現的動物實驗對象和相關材料。應用動物模型是現代醫學認識生命科學客觀規律的基本實驗方法和手段。人類疾病動物模型主要用于實驗生理學、實驗病理學和實驗治療學（包括新藥篩選）研究。人類疾病的發展十分復雜，以人本身作為實驗對象來深入探討疾病發生機制，推動醫藥學的發展來之緩慢，臨床積累的經驗不僅在時間和空間上都存在局限性，而且許多實驗在道義上和方法上也受到限制。而通過對動物模型的間接研究，可以有意識地改變那些在自然條件下不可能或不易排除的因素，可以更準確地觀察實驗結果并與人類疾病進行比較研究，有助于更方便、更有效地認識人類疾病的發生、發展規律，研究防治措施。本部分主要講授的內容包括動物模型特點及其生物學意義、人類疾病動物模型的分類、人類疾病動物模型的設計原則及注意事項、常見動物模型的復制方法。

6　免疫缺陷動物及其應用

免疫缺陷動物是指由于先天性遺傳突變或用人工方法造成一種或多種免疫系統組成成分缺陷的動物。1962年，蘇格蘭醫生Issacson等首先發現無胸腺裸小鼠［8］。1969年，丹麥學者Rygaard首次成功地將人類惡性腫瘤移植于裸小鼠體內，在裸小鼠體內腫瘤存活并生長，開創了免疫缺陷動物研究和應用的新局面［9］。從此，免疫缺陷動物逐漸廣泛應用于醫學生物學研究，成為腫瘤學、免疫學、細胞生物學和遺傳學研究等的重要模型動物，受到越來越密切的關注。目前，世界各國相繼培育出一系列免疫缺陷動物，從嚙齒類擴展到犬等大型哺乳類動物；從單一的T淋巴細胞免疫缺陷到幾種免疫細胞聯合缺陷，如T和自然殺傷（NK）細胞，T和B細胞及T、B和NK細胞聯合免疫缺陷動物；從自發突變的先天性免疫缺陷到后天獲得性免疫缺陷。本部分首先通過引入“人耳鼠”圖片對相關事件和人物進行介紹，激發學生對應用免疫缺陷動物進行免疫學、組織工程學研究的興趣，同時引導學生對科研學術道德的思考。本部分著重介紹的內容還包括：T淋巴細胞功能缺陷的裸小鼠和裸大鼠、B淋巴細胞功能缺陷的性連鎖免疫缺陷小鼠（CBA/N）、NK細胞功能缺陷的Beige小鼠及T、B細胞聯合免疫缺陷的重癥聯合免疫缺陷（SCID）小鼠和Motheaten小鼠等先天性免疫缺陷動物及其應用；人工培養和制備免疫缺陷動物的方法。

7　實驗動物遺傳工程

實驗動物遺傳工程技術是當前生物科學研究中最令人振奮、最有效的手段之一。人類及各種動物發生的許多疾病都與基因相關，各種動物之間，特別是人類與其他哺乳動物間雖然在外觀上千差萬別，但由于進化上的保守性，其內在的基因組成、功能和組織、器官結構間高度相似。將外源性序列片段導入動物體內為分析復雜的生物學過程與系統提供了十分有用的方法，為復雜人類疾病的分析提供了強有力的工具。隨著實驗動物遺傳工程技術的高速發展，遺傳工程動物模型呈現“爆炸性”增加的趨勢。不少發達國家開展了系統的“基因剔除”計劃：如歐盟委員會的EuCOMM，美國國立衛生研究院KOMP和加拿大基因組委員會的Nor-COMM。目前，全球各地已建立了多個遺傳工程小鼠資源庫，如美國的Jackson實驗室，歐洲的突變小鼠資源庫（EMMA），日本的生物資源中心（RIKEN）及我國的國家遺傳工程小鼠資源庫（NRCMM）。眾多的遺傳工程動物模型已經被廣泛地應用于醫學研究、藥物開發及其他關系國計民生的領域中。遺傳工程動物模型的制備主要采用轉基因技術和基因打靶技術。自1982年第1只轉有生長激素基因的轉基因鼠問世以來，經過30多年的研究，轉基因技術及基因打靶技術取得了突飛猛進的發展，特別是自2013年CRISPR-Cas9系統及其基因編輯新技術的出現，使得遺傳修飾動物的制備更加簡便和高效，且耗時短、成本低。本部分內容主要結合主講教師在動物轉基因及基因敲除方面的實際科研工作及國際前沿進展，采用圖片和影像資料對相應的實驗動物遺傳工程技術及其應用進行介紹，使學生了解實驗動物遺傳工程技術的原理、方法及其應用價值，培養學生應用遺傳工程動物在本學科開展課題研究的科研思路。

8　動物實驗基本操作技術和方法

動物實驗就是以實驗動物為受試對象，在設計的條件下，采用各種實驗方法觀察、記錄動物的反應過程或反應結果，以探討或檢驗生命科學中未知因素的專門活動。隨著科學的發展，動物實驗已成為醫學科學研究和教學必不可少的重要手段，通過對動物的實驗、觀察和分析，可以探索臨床醫學、基礎醫學、預防醫學等未知和已知的難題，最終為生命科學的發展，為人類的生存和健康服務。動物實驗這一研究形式的出現，從一開始就與生命現象的探索緊密相關。在人類與疾病抗爭的過程中，包括探索疾病的發生機制、尋求治療方法、研究與評價藥物的有效性和安全性時，往往要依賴于各種的動物實驗。可以說，生物醫學的每一次重大發展與進步，都離不開動物實驗。動物實驗方法是多種多樣的，在醫學的各個學科領域內都有其不同的應用，但有一些基本的實驗方法則是共同性的。本部分內容主要通過圖片和影像資料演示動物實驗的基本操作方法，包括健康動物的識別、選擇、抓取、固定、麻醉、動物分組、編號、脫毛、給藥、采血、急救、處死、尸檢等，同時通過引入案例對動物實驗過程中的注意事項、安全防護及論文撰寫部分實驗動物描述進行詳細的講解。

9　實驗動物福利

作為生命科學研究的載體，作為人類“替難者”的實驗動物在生命科學發展中的地位及其發揮的重要作用具有不可替代性。“實驗動物福利”就是在利用實驗動物與動物福利之間取得平衡，在兼顧科學問題探索和在可能的基礎上最大限度地滿足實驗動物維持生命、維持健康和提高舒適程度的需求。實驗動物福利的基本內容包括以下。（1）為實驗動物提供合適的生活環境條件：相應等級的實驗動物飼養應在相應級別的環境設施內，給實驗動物提供符合其基本天性的生活條件與活動空間；（2）照顧實驗動物的“內心感受”：動物的實驗、處死等操作的場所應與動物生活的場所隔離，不應在非實驗的動物面前開展動物實驗或處死動物；（3）人道的實驗技術：在動物實驗中盡量采用減少（Reduction）、替代（Replacement）、優化（Refinement）的“3R”原則。做好實驗動物的福利，不僅體現了對待實驗動物的人道主義，同時直接影響著動物實驗結果的準確性。無法想象在一個福利很差的條件下能夠保證動物實驗結果的可靠性。事實上，目前在我國國內有許多科研人員及實驗動物從業人員在實際工作中往往忽視實驗動物的福利。這引起我國實驗動物工作者和各級領導的高度重視，必需認真研究西方國家的動物保護組織和動物保護運動，以期在有關實驗動物福利的立法和監督管理方面與國際接軌。本部分主要向學生介紹實驗動物福利的概念、內容和基本要求，使學生理解實驗動物福利的必要性，掌握動物實驗操作中實驗動物福利的具體內容和要求。

長期以來，本校實驗動物中心缺乏使用質量合格的標準化的實驗動物進行規范化動物實驗的條件，使得研究生實驗動物學課程的教學內容空泛而無的放矢，不能滿足研究生實驗能力和科研素質的培養要求。為適應現代醫學發展的需要，本校建設了標準化的實驗動物中心。以此為契機，為滿足研究生對于開展課題研究的知識需求，研究生實驗動物學選修課程進行了教學改革。在教學內容上，本校以“輕理論、重應用”為原則將原有的實驗動物的培育體系和方法、實驗動物質量檢測、實驗動物環境與設施、實驗動物飼養管理等內容減去或簡化；增加了實驗動物及其生物安全防護的內容；著重將無菌動物及其應用、實驗動物遺傳工程及實驗動物福利單獨列為專題結合主講教師科研工作實際充實了講解的內容。教學實施過程中，作者收集整理了大量圖片和影像資料，總體上提高了課件PPT的信息量和質量。教學方式上，作者綜合采用了講授式、討論式、啟發式、演示法、案例分析法等多種教學方法。從教學的實際效果來看，學生普遍對學習內容較感興趣，經常和教師交流相關問題。總體來看，此次教學實踐取得了很好的效果，作者還將進一步對授課情況進行總結討論，對講義進行補充修改和完善，力爭將下一次的教學工作做到更好。

［1］魏泓.醫學實驗動物學［M］.成都：四川科學技術出版社，1998：224-226. ［2］劉宇，商海濤，唐歡.實驗動物學網絡教學改革初探［J］.黑龍江教育，高教研究與評估，2011（10）：41-43.

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［7］趙小劍，朱曉超.SARS病毒泄漏調查［J］.財經，2004（10）：24-26.

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10.3969/j.issn.1009-5519.2016.08.053

C

1009-5519（2016）08-1251-04

遵義醫學院博士啟動資金支持項目（F658）。

△，E-mail：vsysongyer@126.com。

（2015-12-24）