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人类疾病动物模型创制和研究 | 推广

2020年11月02日 来源:Nature 自然科研

  

  随着生命科学和医学研究迈入新领域,对动物模型的需求正在日益上升。动物模型是疫苗、药物研发过程中不可逾越的环节,特别是重大传染病和复杂人类疾病的研究,都需要稳定有效的疾病动物模型作为支撑。新冠肺炎的暴发及相关研究工作则更加突显了动物模型的重要性,快速构建疾病相应动物模型,对于加深人们对疾病特征和传播方式的认识至关重要。

  在改革开放之初,出于生命科学和医药研究需要,为填补我国在实验动物学科的空白,在钱信忠、沈其震和顾方舟等前辈支持下,于1980年设立了中国医学科学院医学实验动物研究所。研究所引领了实验动物学和比较医学的创新研究和教学,为我国生命科学、医学、药学等研究和成果转化提供了国际领先的实验动物学理论、资源、科技、人才和信息支撑。目前研究所是我国唯一一所集实验动物学和比较医学的科学研究、教学、资源供应和技术服务四位一体的科研支撑机构。研究所的科研人员开展跨学科合作,创新研制了人类疾病动物模型库,其中也包括新型冠状病毒肺炎动物模型。

传染病动物模型的创制

  当新的传染病出现时,快速开发准确、有效的模型至关重要。面对新型冠状病毒,中国医学科学院医学实验动物研究所的科研人员迅速开发了人源化小鼠和实验猴模型,有助于了解新冠肺炎的致病机制和传播途径,并开展了相应的治疗和预防策略评价研究。

  在新冠动物模型研制方面,研究所科研人员走在了国际前沿。由于普通小鼠无法感染新冠病毒,研究所的科研人员建立了转基因小鼠模型,其中包括人源化的ACE2基因(该基因编码新冠病毒的受体)。研究所的科学家与合作者利用该模型进行了病毒的发病机制研究。在《自然》上发表的一项研究中,他们观察到病毒在感染小鼠肺部复制,模型小鼠体重下降。研究结果表明新冠病毒是新冠肺炎的病原体,其致病性似乎比SARS冠状病毒弱。


中国医学科学院医学实验动物研究所的科研人员开发出了用于研究新冠肺炎和其他人类疾病的小鼠模型。
 

  除小鼠模型外,研究所团队还创制了恒河猴模型,对多种候选药物和疫苗进行了安全性和有效性评价。在一篇发表在《科学》的论文中,科研人员报道了一种可诱导新冠病毒特异性中和抗体的纯化灭活候选疫苗的研究,表明对于新冠病毒感染,两剂疫苗可以为恒河猴提供部分或完全的免疫保护。中国医学科学院医学实验动物研究所所长、前述两项研究的通讯作者秦川解释说,研究所创制的动物模型推动了对新冠病毒的腺病毒载体疫苗、灭活疫苗、mRNA疫苗、DNA疫苗、减毒疫苗和重组蛋白疫苗的评价。

  研究所的科研人员还使用恒河猴来研究恢复期的新冠肺炎患者的二次感染风险。在一篇于《科学》发表的论文中,他们证明了恒河猴在早期康复期二次感染相同的新冠病毒毒株,未检测到病毒感染的临床表现或病毒传播的迹象。对原发感染和二次感染后的细胞免疫进行比较发现,后者的中和抗体和免疫反应明显增强,这标志着恒河猴对二次感染存在潜在的免疫保护。

  科研人员每天身着厚重的防护服,在ABSL-3实验室的负压环境内长时间工作。这些重要的工作成果来之不易,但这些努力是值得的。“我们得到的最好回报是我们的动物模型在药物和疫苗评价研究中的广泛应用。”秦川所长说。


秦川所长 
 

国际科研合作

  研究所与国际顶尖科研机构展开合作,在神经科学、比较医学、传染病学、遗传学等方面取得了一系列研究成果。在神经科学领域,通过国际合作探索神经损伤、神经退行性疾病的动物模型研制和疾病研究。为了帮助脊髓损伤瘫痪患者,研究所的科研人员与国际神经科学专家合作,利用动物模型探索脑机接口(BMI)技术的应用。

  2016年,研究所与国际多家科研机构共同在《自然》上发表科研论文,探索利用人工智能技术建立脑-脊髓接口,减轻脊髓损伤非人灵长类的步态异常,助力模型动物直立行走。在研究中,科研人员建立非人灵长类动物恒河猴的脊髓损伤模型,随后建立脑-脊髓接口,将控制腿部运动的大脑皮层活动与脊髓硬膜外电刺激相结合,对神经信号在线解码,设计无线控制系统,以减轻非人灵长类动物脊髓损伤后的步态异常。无需对灵长类进行训练,脑-脊髓接口可以恢复动物瘫痪腿部在跑步机和地面上的承重运动。脑-脊髓接口的植入子已被批准在类似的人体研究中进行探索。

  中国医学科学院医学实验动物研究所是国际比较医学学会(IACM)主席单位、国际实验动物科学理事会(ICLAS)会员单位、亚洲实验动物学会联合会(AFLAS)会员单位和国际小鼠表型分析联盟(IMPC)会员单位。

  研究所还积极指导动物研究的科学实践,特别是对实验动物的福利伦理。中国医学科学院医学实验动物研究所实验动物使用与管理委员会(Institutional Animal Care and Use Committee, IACUC)成立于2003年,是国内最早成立的IACUC之一。

 

人类疾病动物模型研究平台

  研究所致力于搭建新型研究平台支撑各类型生物医学研究。

  国家人类疾病动物模型资源库以中国医学科学院医学实验动物研究所为依托,拥有人类疾病动物模型资源总量共计865种,包括传染病、四大慢病、神经系统疾病、心血管疾病、代谢性疾病、肿瘤、免疫缺陷易感等动物模型资源。另外,该资源库拥有系统的动物模型研制、表型分析、质量检测、保种和繁殖供应体系,承担疾病本质基础研究及医药研发的成果转化等相关工作,是国家人类疾病动物模型的核心基地。

  这一国家级的疾病模型研制平台诚邀海内外优秀人才加盟,并将竭力为入选者提供一流的工作条件、宽松开放的科研环境、丰厚的薪酬福利待遇和充裕的科研配套支持,为凝聚有志向在生命科学领域和医学实验研究领域发展的优秀学者提供平台。“我们期待生命科学和生物医学领域的优秀学者加入我们,共同推动实验动物科学的发展。”秦川所长说。