幼龄动物研究
1.幼龄动物研究的必要性 儿童并非仅仅是小型成年人,两者在多个方面存在较大的差异。生物学方面,无论是机体成分,还是心、肺、神经、肝、肾、胃肠道、免疫等系统的功能,儿童与成人均存在明显的差异。药物代谢处置方面,脂肪、肌肉和身体总水量的增龄性改变,血浆蛋白水平低下,肾小球过滤、肾小管分泌和重吸收的逐渐成熟,以及I相、Ⅱ相药物代谢酶的渐次成熟均可能导致药代动力学参数的定量改变。这些差异可导致儿童发育过程极易受到药物的影响或攻击,并进而导致儿童与成人之间对药物毒性作用易感性方面的差异。例如,儿童体内乙酰氨基酚的主要代谢途径为硫酸盐结合,而在成人中主要为葡萄糖醛酸化反应。儿童谷胱甘肽循环速度快,硫酸化作用强,对乙酰氨基酚的急性毒作用敏感性降低,在6~9岁前对用药过量的耐受性增加,对对乙酰氨基酚的代谢和解毒能力较成人强。由此可见,通过成年人的研究无法适当地评价儿科患者用药的安全性,需要开展儿科药物的儿童受试者的临床试验以及支持儿科临床试验的非临床幼龄动物毒性研究。其主要目的是确定幼龄动物是否表现出有别于成年动物的安全性特性。
2.幼龄小型猪模型的优势 幼龄动物试验中,选用大鼠者最多。但是,选用犬、猴等非啮齿类动物时,常常会带来一系列的实际问题和后勤保障问题,如每窝动物数较少、怀孕期长、哺乳期长、饲养空间大、花销大等。与犬、猴等非啮齿类动物相比,小型猪则具有诸多有利的生物学特性:每窝产仔数相对较多(每窝5头以上)、生长快速、较早达到性成熟、仔猪易于捉拿、出生体重约450g易于实验操作等。另外,新生猪的脑发育在多个方面均比幼龄大鼠或幼龄犬更接近于新生儿,如“脑生长突增”等。小型猪的另一方面的优势在于,易于进行交叉抚育。目前在小型猪繁殖设施中大都采用交叉抚育,并一般在出生后第1天进行仔猪的随机化交叉抚育。用于幼龄动物试验的小型猪,可以在分娩当日将母猪连同仔猪一起从猪繁殖场运送到实验设施,再进行交叉抚育随机分组。另外,经过适当控制的动情周期同步化处理(150~160日龄的小母猪肌注1500IU的孕马血清促性腺激素,72小时后肌注500IU的人绒毛膜促性腺素),所有的小型猪均可在几天内分娩,有利于同步交叉抚育并开展幼龄动物试验。故此,小型猪业已愈来愈多地应用于幼龄动物试验,如采用新生小型猪评价环丙沙星的软骨毒性等。
3.幼龄小型猪试验的设计 可采用三种基本的幼龄小型猪实验设计。第一种是以整窝的动物为实验组或实验单位。第二种是窝内的仔猪接受不同的处理。第三种设计方式是先在出生时将每窝仔猪随机分配后进行交叉抚育,之后再将交叉抚育的整窝动物作为给药处理单位,进而可避免窝效应。此种设计虽然较为繁琐,但最为科学、有利。
给药处理方面,经口灌胃可从出生后第1天开始。5~7日龄的小型猪可通过植入血管进入口的方式静注给药并持续4~5周。心电图和眼科检查可从出生后第2周开始,还可从出生后第1周起采集血样或尿样进行血液学、临床化学、生物分析和尿液分析。
在检测指标方面,除成年动物一般毒性试验中选用的临床病理学、组织病理学检查等指标外,幼龄动物试验中还需选用一些行为、免疫、骨骼等发育方面的指标。目前,业已建立多种猪行为的测试方法,包括旷场试验、空间孔板判别任务、焦虑和社会行为试验、自发活动轨迹的自动化视频记录、空间延迟非匹配采样任务和操作反射性学习的测试组合等,可根据研究的需要纳入幼龄动物试验中。小型猪的免疫系统具有解剖和组织结构方面的特异性,但功能上与其他的哺乳动物相似,最近已报道过幼龄小型猪免疫功能的检测方法。小型猪的骨骼发育,采用骨密度检查法可取得满意的分析结果。
4.不同年龄段的临床病理学背景数据 小型猪的发育快速,随着动物的逐渐成长,相应的血液学、临床化学等参数也势必会发生随动物月龄而异的变化,在解释毒理学研究发现时应当综合考虑同期对照组的数据和历史对照数据。具体而言,红细胞数等参数在年幼动物中变化较大;而血清蛋白、肌酐等参数则一直随动物的增龄而不断改变,即使是达到性成熟之后。由此可见,在解释小型猪的幼龄动物毒理学研究发现时,具备不同年龄段动物历史对照数据具有极为重要的意义。