編者:資源增量是實驗動物科技發(fā)展的核心任務(wù),是實驗動物對生命科學研究提供支撐和服務(wù)的基礎(chǔ)和保障。自上世紀80年代以來,我國老一輩實驗動物科學家苦心孤詣,在實驗動物資源研發(fā)工作中取得的多項開創(chuàng)新成果。
1988年《實驗動物管理條例》發(fā)布實施,在實驗動物工作規(guī)范化、法制化管理,保障實驗動物和動物實驗的質(zhì)量,推動我國科技發(fā)展和民生保障等方面發(fā)揮了重要作用。特別是在實驗動物資源標準化、新品種/品系開發(fā)和動物模型創(chuàng)制方面,取得了令人矚目的成果。
為此,借“科技資訊”之窗,陸續(xù)推出我國實驗動物專家在此領(lǐng)域所作的工作及取得的應(yīng)用成果。
無菌豬培育的標準化研究與應(yīng)用展望
孫靜, 劉作華,葛良鵬
(1.重慶市畜牧科學院,重慶402460)(2.農(nóng)業(yè)部養(yǎng)豬科學重點實驗室,重慶402460)
(3.重慶市養(yǎng)豬科學重點實驗室,重慶402460)(4.醫(yī)用動物資源開發(fā)與利用技術(shù)工程中心,重慶402460)
無菌豬是通過對符合標準的供體母豬進行無菌剖腹產(chǎn),獲得無菌仔豬,并將其飼養(yǎng)在無菌隔離器內(nèi),呼吸無菌的空氣,食用無菌的飲水和食物,培育出的利用現(xiàn)有技術(shù)不能檢測出任何活的微生物的一種特殊模式動物[1]。由于其微生物背景清晰,是研究菌群相關(guān)疾病不可多得的實驗動物。同時,其嚴格的微生物控制也為豬源性生物醫(yī)藥產(chǎn)品的開發(fā)提供了生物安全保障。
無菌豬培育的標準化研究,旨在實現(xiàn)無菌豬資源的標準化、規(guī)范化應(yīng)用轉(zhuǎn)化與可持續(xù)發(fā)展,保證批量化供應(yīng)合格的無菌豬資源,保障無菌豬相關(guān)研究結(jié)果準確性、重復(fù)性和可靠性。本文結(jié)合課題組在無菌豬培育方面的多年工作積累,就無菌豬培育的標準化研究,包括環(huán)境、營養(yǎng)、微生物等標準化控制進行探討,并就無菌豬在畜牧、食品、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用進行展望。
1無菌豬培育標準化研究
1.1環(huán)境條件標準化研究
環(huán)境條件標準化是無菌豬標準化培育的基礎(chǔ),主要包括無菌豬培育的屏障環(huán)境設(shè)施和無菌豬生產(chǎn)專用設(shè)備標準化。
1.1.1無菌豬培育的屏障環(huán)境設(shè)施
無菌豬培育的環(huán)境屏障設(shè)施須遵照《實驗動物設(shè)施建筑技術(shù)規(guī)范》(GB 50447-2008),《潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境國際標準》(ISO 14644)以及《實驗動物 環(huán)境及設(shè)施》(GB 14925- 2010)進行修建。要求環(huán)境潔凈度達到7級、溫度維持在20℃-26℃、空氣濕度維持在40%-70%之間。
1.1.2無菌豬生產(chǎn)專用設(shè)備的標準化
經(jīng)過多年的實踐和摸索,重慶市畜牧科學院自主設(shè)計并委托成都達碩實驗動物公司制作了無菌豬培育的關(guān)鍵設(shè)備,包括豬用無菌子宮剝離器、無菌豬運輸隔離器和無菌豬飼養(yǎng)隔離器,并制定了《無菌豬 飼養(yǎng)隔離器》(Q-BSD 4-2016),《無菌豬 子宮剝離器》(Q-BSD 5-2016)和《無菌豬 無菌運輸器》(Q-BSD 6-2016)三個企業(yè)標準,以保證無菌豬從獲取、運輸、飼養(yǎng)過程始終處于無菌環(huán)境。目前,此三個標準已完成重慶市地方標準和實驗動物團體標準立項。
1.2無菌豬營養(yǎng)標準化研究
商業(yè)化乳豬奶粉經(jīng)Co60輻照并微生物檢測合格后均可飼喂無菌仔豬。斷奶階段(≥21日齡后),可逐漸換為滅菌的粉狀飼料,濕拌料更利于仔豬的采食,減少浪費。本平臺制定了Q-BSD 2-2016《無菌豬 代乳料》企業(yè)標準,規(guī)定了其衛(wèi)生要求、檢驗規(guī)則、包裝、貯存和保質(zhì)期等技術(shù)要求。
1.3無菌豬微生物質(zhì)量標準研究
無菌豬的微生物質(zhì)量控制包括供體母豬的質(zhì)量控制和無菌仔豬質(zhì)量控制兩部分。
1.3.1供體母豬的微生物質(zhì)量標準
供體豬要求臨床上排除經(jīng)胎盤垂直傳播的四種疾病,包括豬瘟、豬繁殖與呼吸綜合癥、豬偽狂犬病和豬細小病病毒[2]。
1.3.2無菌豬的微生物質(zhì)量控制標準
由于我國暫未頒布無菌豬微生物檢測標準。本平臺也建立了一套無菌豬樣品采集與送檢的標準操作SOP,包括動物樣品采集與送檢的標準操作規(guī)程、隔離器內(nèi)環(huán)境樣品的采集與送檢的標準操作規(guī)程、動物和環(huán)境樣本的微生物檢測標準操作規(guī)程;同時,建立了一套無菌豬微生物學監(jiān)測的企業(yè)標準(Q-BSD 3-2016)。
1.4無菌豬培育標準操作SOP的建立
為最大限度地避免因人為操作不規(guī)范,造成屏障設(shè)施或隔離器運行不正常和無菌豬污染事件的發(fā)生,建立一套行之有效的屏障設(shè)施運行管理與標準操作規(guī)范,才能確保無菌豬的應(yīng)用需求。
參考《SPF豬病原的控制與監(jiān)測》(GBT 22914-2008)、《實驗動物 微生物學等級及監(jiān)測》(GB 14922.2-2011)、《實驗動物 寄生蟲等級檢測》(GB 14922.1-2011)和《實驗動物 無菌動物生活環(huán)境及糞便標本的檢測方法》(GBT 14926.41-2001)等無菌動物質(zhì)量管理國家標準,結(jié)合無菌豬自身的特性和培養(yǎng)過程的實際情況。本實驗室建立了一套無菌豬生產(chǎn)管理和標準操作SOP,包括屏障環(huán)境獲取與維持的標準操作規(guī)程、隔離器清潔與滅菌操作規(guī)程、物品滅菌的標準操作規(guī)程、空氣過濾模塊更換操作規(guī)程、動物清潔與消毒的標準操作規(guī)程、動物進出手術(shù)室的標準操作規(guī)程、動物麻醉藥的標準使用規(guī)程、子宮剖除術(shù)的標準操作規(guī)程、無菌新生仔豬發(fā)生異常時的標準操作規(guī)程、死亡動物尸體處置的標準操作規(guī)程、處置實驗動物和異常死亡動物的標準操作規(guī)程、動物樣品采集與送檢的標準操作規(guī)程、隔離器內(nèi)環(huán)境樣品的采集與送檢的標準操作規(guī)程、動物和環(huán)境樣本的微生物檢測標準操作規(guī)程等。以達到標準化生產(chǎn)的目的。
SOP的實施須“以人為本”,要求飼養(yǎng)管理人員和檢驗技術(shù)人員應(yīng)嚴格遵守,未經(jīng)有關(guān)SOP培訓的不能上崗。
2無菌豬的應(yīng)用展望
2.1畜牧生產(chǎn)領(lǐng)域
早期無菌豬培育的目的主要是為了進行種豬的疫病凈化,隨著豬克隆技術(shù)的不斷成熟,利用克隆和無菌豬培育相結(jié)合是進行種豬疫病凈化的有效途徑。一些種豬生產(chǎn)性能優(yōu)異,但由于各種原因感染某些疾病,不宜繼續(xù)作為種用,則可以通過從種豬上分離細胞,經(jīng)檢測細胞無特定感染后,即可通過克隆和無菌凈化的方法重新克隆獲得種豬,延長其種用價值。
無菌豬和普通豬的比較研究發(fā)現(xiàn),兩者在腸道小腸絨毛結(jié)構(gòu)和免疫系統(tǒng)發(fā)育方面存在較大的差異[3,4],提示菌群對豬的營養(yǎng)吸收和抗病力影響較大。因此,利用無菌豬模型,開展豬的營養(yǎng)代謝和抗病力研究,研發(fā)新型飼料或添加劑,降低養(yǎng)豬生產(chǎn)中的獸藥用量,是一個非常重要的研究方向。此外,由于未受任何病原微生物感染,無菌豬的血清也是相關(guān)疾病診斷試劑盒的優(yōu)質(zhì)陰性血清。
2.2特殊膳食產(chǎn)品的開發(fā)
腸道菌群和營養(yǎng)物質(zhì)吸收和免疫系統(tǒng)發(fā)育密切相關(guān),同時,豬的腸道結(jié)構(gòu)、消化生理、代謝特性等與人類相似性較大。因此,將無菌豬接種不同類型人群的腸道菌群,模擬其消化代謝特點,可針對性的開發(fā)適于不同人群的特殊膳食產(chǎn)品。
例如,可將嬰幼兒的腸道菌群接種到無菌豬的體內(nèi),模擬其消化吸收特點和免疫系統(tǒng)的發(fā)育,開展兒童疫苗、嬰幼兒奶粉的質(zhì)量評價,或開展嬰幼兒食物過敏相關(guān)研究,開發(fā)特殊嬰幼兒食品。此外,腫瘤放化療患者腸道菌群受放化療影響較大,可將其移植至無菌豬體內(nèi),特異性開發(fā)適宜腫瘤放化療患者消化吸收的特殊食品,改善其抵抗力,幫助疾病的恢復(fù)。同樣的原理,可針對不同腸道菌群相關(guān)的疾病,特異性的利用無菌豬建立其對應(yīng)的腸道菌群模型,研究其消化吸收特性,對應(yīng)的開發(fā)一類特殊膳食產(chǎn)品,通過飲食調(diào)理協(xié)助病人康復(fù)。
2.3生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用
越來越多的研究表明,腸道菌群與高血壓、糖尿病、自身免疫疾病、以及抑郁等疾病均有相關(guān)性。而將菌群與疾病的相關(guān)性研究推進到因果性研究水平,無菌豬是一個非常適宜的動物模型。與常用的嚙齒類實驗動物相比,豬在生理和遺傳上與人類更為相似[5,6],由于其背景微生物清晰,可清晰的闡述移植的菌群與表型的因果關(guān)系,特別是將無菌豬與基因編輯豬相結(jié)合,可進一步闡明菌群-基因-宿主三者之間的作用,為腸道菌群為靶點的疾病診療新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)和評價提供實驗動物支撐。利用無菌動物技術(shù)“轉(zhuǎn)入”(菌群移植)和“敲除”(動物無菌化)特定菌群,有助于解析眾多疾病(如兒童自閉癥、自身免疫疾病和炎癥性腸病等)的發(fā)病機理或菌群對疾病的影響。比如,由于剖腹產(chǎn)手術(shù)獲取的無菌仔豬未接觸母源抗體和免疫細胞,這樣的免疫功能不全的豬模型顯然是一種合適的動物模型,可幫助理解和調(diào)查早產(chǎn)兒的健康狀況[7];或建立菌群、營養(yǎng)和治療干預(yù)手段,達到改善其器官或免疫系統(tǒng)等發(fā)育。
利用無菌豬進行人體細胞/組織/器官的培養(yǎng),將是未來人體器官私人定制的重要發(fā)展方向。通過基因編輯技術(shù),可阻斷豬特定器官的發(fā)育,將人自體干細胞植入器官發(fā)育阻斷的豬的胚胎或胎兒體內(nèi),有望利用人干細胞實現(xiàn)器官發(fā)育補償,在動物體內(nèi)生長出人類的細胞/組織/器官,實現(xiàn)人體器官的私人定制。在此研究過程中,利用無菌豬一方面可保障豬源性產(chǎn)品的生物安全性,另一方面,在某些研究階段,需要將人類細胞植入免疫缺陷豬的體內(nèi)以避免免疫排斥,而免疫缺陷豬[8]只有在無菌狀態(tài)才能健康生長。
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