导图社区 毒理学4毒理学实验基础
此图介绍了毒理学实验的原则和局限性、毒理学实验的基本目的、实验动物的选择和管理、动物实验方法、毒理学实验结果的统计分析、毒理学实验的质量控制,希望对大家有帮助!
编辑于2024-02-18 11:49:24毒理学4毒理学实验基础
课后复习题
1.动物实验结果外推到人不确定性的原因有哪些?
2.毒理学试验设计应遵守哪些基本原则?
3.判断实验结果是否有生物学意义应该考虑哪些问题?
毒理学实验种类及目的有哪些?
体外实验
筛选、预测毒性、探讨机制
体内实验
评估毒性:动物→人
人群研究
动物实验结果的验证
一、毒理学实验的原则和局限性
一、毒理学实验的基本原则
1.对实验动物产生的作用可以外推到人
①最敏感的动物物种是人。
②人、实验动物的生物学过程及化学物代谢与体重或体表面积相关。
以上两个假设是全部实验生物学、医学的前提。
2.实验动物必须暴露于高剂量
依据质反应定义,群体效应发生率随暴露水平升高而增加。
设3个或以上剂量组,观察剂量-反应关系。
LOAEL与人的暴露剂量距离越大越安全。
3.实验对象为成年健康的动物
成年健康动物作为普通人群的代表性实验模型,可使实验结果有代表性和可重复性。
4.染毒途径为人可能的暴露途径
二、毒理学实验的局限性
从动物实验外推到人有不确定性
高剂量向低剂量外推有不确定性
少量动物到大量人群外推有不确定性
通常选用成年健康动物,反应较单一
三、动物实验的“3R”原则及伦理学
“3R”原则
替代(replacement)
用其他方法而不用动物进行的实验或其他研究达到某一实验目的,或使用没有知觉的实验材料代替使用神志清醒的脊椎动物进行实验的一种科学方法。
减少(reduction)
用较少动物得到同样多的实验数据或用一定数量动物得到较多实验数据的方法。
优化(refinement)
经改进和完善实验程序,减轻或减少动物疼痛和不安,提供动物福利的方法。
动物实验的伦理学问题
法律
《马丁法案》、《实验动物管理条例》
遵守原则
给予实验动物人道主义的管理和处理;使实验动物痛觉和不适感减少至最低;避免不必要的使用实验动物。
人体实验的伦理学原则
知情同意原则
有利无伤原则
医学目的原则
科学性原则
实验对照原则
二、毒理学实验基本目的
安全性评价的基本目的
观察受试物的毒作用表现和性质
剂量-反应(效应)关系研究
确定毒作用靶器官
确定损害的可逆性
毒理学实验的其他目的
毒效应的敏感检测指标
生物学标志
中毒机制
受试物的毒物动力学
受试物的代谢、中毒解救措施
三、实验动物的选择和管理
实验动物(laboratory animal)
经人工培育的,对其所携带的微生物实行控制的,遗传背景明确、来源清楚的动物。主要用于科研、药品、生物制品的效用与安全性评价以及教学等。
实验动物物种的选择
常规选两个物种:啮齿类和非啮齿类
基本原则
①代谢、生化和毒理学特征上与人相近
②自然寿命较短
③易于管理和操作
④经济、易得
实验动物品系的选择
品系:实验动物学的专有名词,指经计划交配方法,得到来自同一祖先的一群动物,或来自同一祖先且有特定基因型的动植物或微生物。
实验动物按遗传学控制分类
近交系
全同胞兄妹或亲子之间连续交配二十代以上而培育的纯品系动物。如小鼠有BALB/C,津白Ⅰ,津白Ⅱ等。
杂交群动物(杂交1代,F1)
两个不同的近交系之间有目的进行交配而产生的第一代动物。有明确的遗传性和杂交优势。
封闭群
一个种群在5年以上不从外部引进新血缘,仅由同一品系的动物在固定场所随机交配繁殖的动物群。如昆明小鼠、NIH小鼠、Wistar大鼠等。毒理学研究中使用最多。
实验动物的微生物控制参数
普通动物(Conventional Animal, CVA)
清洁动物(Clean Animal, CLA)
在毒性试验及毒理学研究中,为确保实验结果的可靠性,应使用CLA或以上动物。
无特定病原体动物(Specific Pathogen-free Animal, SPF)
无菌动物(Germ free Animal, GFA)
实验动物微生物等级标准
I 级:CVA,开放系统,无传染给人的传染病。
II级:CLA,屏障系统,除 I 级标准外,种系清楚,无该动物特有的传染病。
III级:SPF,屏障或隔离系统,除 II 级标准外,按纯系要求繁殖,饲养在隔离器或层流室内,可有不致病性细菌丛,无致病病原体。
IV级:GFA,隔离系统,在全封闭无菌条件下饲养的纯系动物,动物体外不带有任何微生物和寄生虫(包括绝大部分病毒)。
实验动物的个体选择
性别
年龄和体重
生理状态
健康状况
实验动物设施构成
动物接收、检疫区
动物饲养、实验区
饲料、垫料及备品存放区
洗刷、消毒区
废弃物保管、处理区
管理区
实验动物设施种类
开放系统(open system): 普通环境
屏蔽系统(barrier system): 万级清洁度
隔离系统(isolation system): 百级清洁度
四、动物实验方法
动物实验设计原则
随机化原则
完全随机(单因素设计)
分层随机(配伍设计)
对照原则
毒理学试验常用对照
未处理对照(空白对照)
无处理因素、无受试物、无操作
确定生物学特征的本底值,质控
阴性对照(溶剂对照)
无处理因素,给必需的实验因素(溶剂),排除实验因素(溶剂)的影响。
阳性对照
用已知阳性物检测实验体系的有效性。
遗传毒理学试验、致畸试验、致癌试验都设阳性对照组。
自身对照
同一研究对象自身处理前后互为对照。如观察服药前后血压的变化。
要求研究因素处理前后的实验条件一致,观察参数稳定。
历史对照
由同一实验室过去多次实验的对照组数据构成。
通过同质性检验来检查实验体系的稳定性,控制和保证实验室质量。
重复原则
整个实验的重复
确保实验结果的重现性。
多个受试对象的重复观察
每组要有足够的样本量。
动物实验设计要点
体内毒理学试验的剂量分组
各组动物数
试验期限
动物实验前的准备
实验动物在购进之后,应雌雄分开饲养
一般进行5~7天的检疫
常用实验动物性别鉴定
染毒前的准备
动物分组
称重、编号、随机分组
受试物的准备
剂量分组、染毒容积、稀释
染毒途径选择
胃肠道、呼吸道、皮肤、皮下、皮内、肌肉、腹腔、静脉
受试物准备
染毒制剂
常用剂型:水溶液、混悬液、油溶液
水溶性受试物保持与体内渗透压一致
非水溶性受试物,溶于或悬浮于适当的有机溶剂中
受试物一般应临用前新配
准备染毒制剂的要点
准备时,加热受试物不要接近改变其理化性质的温度
评价固体受试物皮肤毒性,要保持其形状、颗粒大小
按配方配制多成分受试物,使制剂准确反映原混合物
制剂应保持化学稳定性和受试物的一致性
制剂应降低总试验容积,用溶剂或赋形剂量不要过多
制剂要容易准备染毒
制剂pH最好是5~9
不要用酸或碱使受试物解离
非胃肠道染毒,终溶液尽可能等渗
实验动物的染毒途径
经口(胃肠道)染毒
吞咽胶囊
喂饲
灌胃
经呼吸道染毒
研究生产条件下以气体、蒸气、粉尘、烟、雾等形式存在的化学毒物和评价环境空气污染物
吸入染毒:静式和动式
气管内注入:麻醉后进行
经皮肤染毒
液态、气态甚至粉尘状态的化学毒物
多选择家兔和豚鼠,采用动物脊柱两侧皮肤脱毛,局部涂敷受试化学毒物并以玻璃钟罩、油纸或塑料薄膜覆盖固定一定的时间。
农药、化妆品、环境污染物、外用药物
常用大鼠
染毒方式
脱毛:化学或机械法脱毛
染毒:局部涂敷或浸尾法
经注射途径染毒
腹腔注射
静脉注射
肌内注射
皮下注射
生物标本采集
尿、粪便采集
脏器标本采集
胆汁采集
血液采集
终末
非终末采血
单次采血量小于动物总血量15%,不会有影响动物
取血量是总血量的15%~20%时会产生副作用
多次采血每24小时不应大于总血量的1%
麻醉
全身(戊巴比妥钠)和局部麻醉(普鲁卡因等)
安乐死
用公众认可、符合人道主义方法处死动物的过程,使其无惊恐、焦虑而安静、无痛苦地死亡
病理解剖和标本留取
病理学检查是毒理学试验重要的组成部分,病理学研究可帮助判断有害作用和靶器官。病理学检查包括大体解剖和组织病理学检查。
大体解剖
在实验动物处死后半小时内用胸腔、腹腔脏器联合取出法解剖。
观察有关脏器的外形和表面情况、颜色、边界、大小、质地、切面。
对指定的脏器称重,计算脏器系数。
实验动物病理解剖标准操作程序
1、固定动物在解剖板上,解剖颈部(腮腺、淋巴结等)
2、取一侧乳腺及腰部皮肤,开腹并扩展切口(腹内脏器)
3、开胸(胸内脏器,舌喉,气管,甲状腺等)
4、剥离左后肢(肌肉等),头皮、耳,开颅,暴露脊髓
组织病理学检查
用锋利的刀剪取材指定的器官或组织,统一取材部位。
组织块通常在10倍体积的10%甲醛液中固定,然后常规制片(组织石蜡包埋、切片、HE染色)。
显微镜下观察并记录,作出病理诊断。
五、毒理学实验结果的统计分析
结果的统计分析
各处理组与阴性对照组两两比较和多个处理组与阴性对照组比较
剂量-效应关系和剂量-反应关系
质量控制图
评价毒理学试验结果必须回答的问题
是否有统计学意义
是否有生物学意义
是否有毒理学意义,即是否有害效应
判断生物学意义考虑的问题
纵向比较:该参数改变是否有剂量-反应关系。
横向比较:该参数的改变是否伴随其他相关指标变化。
处理组与对照组均数的差值要大于检测误差两倍以上。
判断生物学意义考虑的问题
与历史性对照比较:实验动物参考正常值由本实验室以相同品系实验动物和相同的溶剂,最近进行至少10次独立实验的阴性对照的结果构成,以其均值±1.96×标准误作为参考值范围。阴性对照应在历史性对照的均数±3×标准误范围内。
处理组某种观察值与对照组比较,差别有统计学意义,并符合下列情况之一者,即可认为已超出正常参考值范围,属于有害作用。
①其数值超出正常参考值范围
②其数值在正常参考值范围内,但停止接触后,该差异仍持续一段时间
③其数值在正常参考值范围内,但若机体处于功能或生化应激状态下,该差异更加明显。
毒理学试验结果的统计学意义和生物学意义
六、毒理学实验的质量控制
优良实验室规范(good laboratory practice, GLP)
是针对药品、食品添加剂、农药、化妆品和其他医用物品的毒性评价制订的管理法规。
是一种法规性文件,用于规范与人类健康、环境有关的非临床安全性研究的一整套组织管理体系,包括实验计划、实施、监督、记录、档案管理。
国内外GLP的发展史
发达国家在二十世纪六、七十年代即开始正式发展和实施GLP。
目前已实施GLP制度的有美、日、英、德、荷兰、瑞典和瑞士等国家。
我国二十世纪八十年代末相继开展了药品和其他相关产品、毒物的GLP研究和实施工作。
目的和意义
旨在组织、管理科技人员的研究行为
促进科研者提高实验数据的质量和有效性
促进国际间实验数据的互相认可
避免不必要的实验重复,减少资源浪费
保障实验结果的可靠性、完整性和可重复性
基本内容
对组织机构和人员的要求
对实验设施,仪器设备和实验材料的要求
标准操作规程(SOP)
对研究工作实施过程的要求
对档案及其管理工作的要求
实验室资格认证及监督检查
标准操作规程(SOP-Standard Operation Procedures)
目的是保证操作重现性和结果可信性
接受过教育和培训人员按SOP进行试验时,其试验操作及操作结果的重现性较好
同一研究机构或实验室内,由不同人按SOP进行操作和试验,可保证达到较一致结果
组织体系
质量保证部门(QAU—Quality Assurance Unit)
QAU指检验机构内负责保证其各项工作符合GLP规范要求的部门或组织。
QAU是GLP建设的关键。有了良好的实验方案和各种具体操作的SOP,并不一定能保证有高质量的试验结果。
项目负责人(SD-Study Director)
指负责组织实施某项研究或检验工作的人员。SD是检验机构中具体组织管理的核心人物。具备广博知识结构,丰富工作经验。SD的培养和素质对GLP实验室至关重要。
毒理学实验设计的质量控制
体内毒理学实验设计要点
体内毒理学试验的剂量分组
各组动物数
试验期限
体外毒理学试验设计
测试受试物溶解性
试验最高剂量的推荐(10mmol/L 或 5mg/ml)
代谢活化(多氯联苯1254预处理的雄性成年大鼠肝匀浆90000g离心上清液(S9)及NADPH再生系统)
毒理学实验实施过程中的质量控制
实验室操作规程及管理
试剂管理
仪器管理
环境管理
实验动物管理
盲法管理
质量控制图
毒理学实验结果分析的质量控制
实验数据统计分析
实验结果评价
思考题
由于慢性毒性试验周期长,动物消耗大,需要投入大量的人力和物力,如何保障慢性动物试验的可靠性?
实验室质量控制是保障试验成功、实验数据的科学性和准确性的先决条件。
慢性毒性试验应该遵循良好实验室规范(GLP)进行管理。
包括试验设计合理、动物选择与管理、受试物的配制和管理、试验操作、检测条件的控制。