来源:中国实验动物信息网
专访篇对实验动物饲料开展研究较早的国家是日本,而美国成为这方面研究的后起之秀,已经针对实验室常用,甚至较少使用的各种动物制定了标准或参考标准。正常动物的生理参数波动较大,为维持动物正常生理状态的饲料就不能千差万别,而如何使用统一标准的饲料才有利于"科学研究"在同一平台上开展,保障研究结果的可靠性和可重复性呢?目前国内外在这方面的差距在哪里?我国标准化实验动物饲料的前景又是如何?为此,中国实验动物信息网邀请中国西部实验动物联席会议秘书长钟浩为我们讲解。
模式化实验动物饲料的应用与关键技术中国实验动物信息网:模式化实验动物饲料有哪些类型?
钟浩:首先我们看看模式化实验动物饲料的定义:模式化实验动物饲料就是模仿疾病病因的实验动物饲料。根据模仿性质不同可将模式化实验动物饲料归为两种不同的类型:
第一类模式化实验动物饲料:是模仿人类不科学饮食的饲料,或者动物不合理饲料的饲料,这种模式化实验动物饲料的模仿目的,是观察饲料某种或者某几种成分的改变,从而分析所观察的成分会发挥哪些作用或者有什么功能。这种饲料并不是用来诱导疾病,也就是说,往往是处于疾病早期,如果观察时间足够长,很可能出现疾病。例如,如使用缺铁饲料喂养动物,观察动物出现哪些变化,这时出现了血浆中铁的降低(铁缺乏早期)但还没有发生贫血。这时用的缺铁饲料当然是模式化实验动物饲料,但并不是疾病模式化实验动物饲料。
第二类模式化实验动物饲料:是模仿疾病,复制疾病模型用的饲料根据模型对象的不同,分为两种,一种是将动物模仿出人类的疾病,作为人体营养的营养疾病模型,毒物对人体的毒性模型。另一种是在动物中诱导出动物疾病,作为动物疾病的原型。作为疾病模型,模式化实验动物饲料可以诱导出食源性疾病或者辅助诱导疾病。
钟浩:标准化实验动物必须选用标准化的实验动物饲料,标准化的实验动物饲料不仅是保持动物正常状态所使用的营养来源,而且还是在广泛的研究中普遍采纳的质量控制措施,正常动物的生理参数波动较大,为维持动物正常生理状态的饲料就不能千差万别,如果使用统一标准的饲料,有利于"科学研究"在同一平台上开展,保障研究结果的可靠性和可重复性。
例如,大家都知道的SD或者Wistar大鼠,如果不采用标准化的实验动物饲料喂养,除了繁殖能力、机能状态等发生改变,还可能出现疾病,甚至因为饲料中的某些成分引起动物的变异。所以,没有标准化的实验动物饲料,就没有标准化的实验动物。
钟浩:模式化实验动物饲料属于针对性较强的专用饲料,需要针对研究目的做出特殊的设计与加工方案。应当尽可能使用纯化型配合饲料作为模式动物饲料。如果使用日粮型配合饲料,难以达到造模的目的。例如,虽然铁是机体中最为丰富的微量元素,日需求量很大,本来应该很容易诱导出铁元素的缺乏,但是,铁在所有饲料原材料中广泛的存在,如果采用日粮配合饲料,除非大幅度更改配方,否则要降低铁的含量将非常的困难。而大幅度的更改配方,往往又广泛涉及其它营养素之间的平衡,甚至导致复合型或混合型营养异常的发生。
中国实验动物信息网:国内外标准化实验动物饲料研究的现状及使用怎样?钟浩:对实验动物饲料开展研究较早的国家是日本,而美国成为这方面研究的后起之秀,已经针对实验室常用,甚至较少使用的各种动物制定了标准或参考标准。特别是,美国NRC对实验动物饲料的标准经过1995年升级,形成了比较成熟的标准。在这些标准的指导下,NIH和AIN还根据自身研究领域的具体需要,进一步研究和制定了更严格的饲料标准和具有操作性的公开或固定配方。这些标准为提高研究的可重复性和可靠性奠定了基础,并被国际上广泛参考和普遍使用。
由于我国过去对实验动物饲料缺乏重视,而且在这方面的研究较少,导致国内实验动物饲料的标准化研究严重滞后。虽然在引进实验种子动物、改善饲养环境和提高饲养管理水平等方面取得了较大的进步,但是,饲料配制技术和生产水平已经严重制约着我国生命科学研究的创新和检验检定结果的可靠性。既然国外有标准和配方,为什么不拿来使用?当然可以,但是,这些标准是终端的标准,是使用拟定配方在长期饲喂动物后,观察比较效果并反复调整,从而形成饲料成品的各种指标,特别是营养素含量和对其他影响实验动物因素的控制要求,其中的配方成为标准配方或参考配方。然而,由于从原料到饲料成品之间有着高度的技术含量和各国各地区之间原料成份的差异,如果不在实验动物中深入研究和观察比较,照抄的配方或饲料标准将失去价值和意义。可喜的是国内近年也开始有了亮点,如江苏南通的特洛菲饲料科技有限公司、北京的科奥协力饲料有限公司、南京的江苏协同医药生物工程有限责任公司与成都的达硕实验动物有限公司在纯合型实验动物饲料与模式动物饲料上已有较大的突破与技术沉淀。
钟浩:那我就给大家讨论一下胰岛素抵抗/糖尿病模式化实验动物饲料与其关键点:
胰岛素抵抗(IR)是指胰岛素靶组织对内源性或外源性胰岛素的敏感性与反应性降低。IR不仅是Ⅱ型糖尿病的发病基础,并且也与肥胖、高血压和心血管疾病等密切相关。目前IR模型以鼠类模型为主,按照建立方法的不同,可以分为遗传性模型、基因改造模型与诱发模型。要讨论胰岛素抵抗/糖尿病模式化实验动物饲料,我们首先来了解一下美拉德反应(Maillard reaction):即还原糖的羰基与氨基酸的氨基之间在加热时发生的非酶催化的褐变反应。该反应是法国化学家Louis-Camille Maillard于1912年在将甘氨酸与葡萄糖混合加热时发现的, 也称为羰氨反应。这种反应将生成一系列的的糖化产物(AGEs)。当人类及动物食入AGEs的量超过临界值时,将导致血AGEs水平升高,而高AGEs血症可以影响机体对胰岛素的敏感性,产生IR,并促使糖尿病及其并发症的发生与发展。而非胰岛素依赖型糖尿病(NIDDM),即Ⅱ型糖尿病的本质是:机体自身能够产生胰岛素,但细胞无法对其作出反应,使胰岛素的效果大打折扣。其造模的成功率及稳定性与性别有关,雄性大鼠较雌性大鼠成模率更高,稳定性更好,且耗时更短。由于食物诱发的胰岛素抵抗模型复制成功率高、稳定、可靠,同时复制方法简单、价格低廉、周期短,在国内得到了广泛应用。目前主要的胰岛素抵抗模型饲料有:高脂饲料、高糖饲料、高脂高糖饲料,而在对Ⅱ型糖尿病诱导造模的过程中,在高脂高糖饲料的基础上辅助给予小剂量STZ的注射,效果会更加的明显。
钟浩:通常情况下,造模方向为三高(高血压、高血糖、高血脂)或一般代谢性障碍疾病,我们都会有一定数量预制的,钴60灭菌的成品模式动物饲料库存;当然,对于特殊模式化实验动物的造模需要,为加快配方的研发,最大程度地满足研究的要求,还需要了解模式动物饲料对喂养对象的以下要求与信息:
1、动物:需要提供所使用动物的品种、品系、月龄与饲养环境,这些因素决定了动物对各种营养素的需求量。
2、实验目的:需要提供研究或检定的目的,这有助于在设计饲料配方时更贴切的研究领域与研究方向。
3、实验干预:需要提供实验设计中的实验干预方式和干预因子,干预方式是指通过什么方式或途径对动物施加影响,例如,是通过胃肠道还是通过注射?干预因子是指用何种手段对动物施加影响,例如,使用新药、工具药、功能因子等等。
4、实验模型:需要提供实验中拟使用的动物机能状态,是正常动物还是疾病模型,如果是疾病模型,还需简要提供疾病造模的方案。
5、实验标本:需要提供实验所取标本的部位,是整体观察还是取器官、组织、细胞。
6、参考文献:需要提供所获得的参考文献,这对于设计饲料配方的参考有很大帮助。
所以,特殊模式动物饲料的研发周期,会根据委托者提供喂养对象完整信息度的时间而定,如果在完整获知以上信息,且所有原材料齐全的情况下,特殊模式动物饲料的研发与试制周期约需要7个工作日。
钟浩:我国的标准化实验动物饲料与发达国家相比,还有很大差距,主要表现在:
1、我国只有日粮型配合饲料标准,尚未诞生纯化型饲料标准。
2、在制定的配合饲料标准中,有利于饲料卫生、安全和管理等质量控制的指标比较健全,但在饲料营养素水平方面还存在一些问题。
3、虽然制定了日粮型配合饲料的营养标准,但现行国标中,对于"不低于"或"不高于"的营养指标,没有给出参考配方或开放性配方,这对实际的饲料生产,留下了很大的变通空间,从而导致不同企业或同一企业不同时期所生产的饲料出现较大的差异。主要表现为饲料组分和含量的稳定性较差,因此,标准的所谓强制性只能体现在市场管理的"达标"方面。
4、由于该标准设置的营养素水平仅仅来自于外部资料的总结,而没有得到长期的观察和验证,也没有与国外权威或可靠的饲料进行一致性实验,因此,在我国具体的饲养环境下,其科学性还有待于进一步研究和评价。
当然,我们很高兴能看到,中国实验动物信息网开辟的专家访谈这个栏目,通过实验动物科普的方式,给其他相关学科和支撑产业架起了互动的桥梁;在此,我们还要感谢江苏南通的特洛菲饲料科技有限公司的陈进华老师,在国内开启了纯合型实验动物饲料的先河,为国内高级别实验动物饲料打下了良好的基础。
中国西部实验动物联席会议秘书长,四川省实验动物学会常务副秘书长,四川省动管办专委会委员,高级兽医师。
现任成都达硕实验动物有限公司总经理,2015年10月当选为中国兔业委员会副会长,熟悉我国实验动物法规、标准,在动物遗传学、动物营养、实验动物产业化营运、实验动物人才培养与实验动物质量控制等方面有较高的造诣。参与并获得发明专利1项、实用新型专利2项,获中国实验动物学会科学进步三等奖一次,发表论文20余篇。