实验动物质量保障体系和服务体系建设.pdf
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1、第 40 卷第 4 期2023 年 8 月实验动物科学LABORATORY ANIMAL SCIENCEVol.40No.4August 2023技术收稿日期:2022-02-21作者简介:张静(1982),女,工程师,研究方向:小鼠辅助生殖.E-mail:zhang_jing 刘苗苗(1992),女,工程师,研究方向:实验动物表型分析.E-mail:liumiaomiao 通信作者:常在(1979),男,高级工程师,研究方向:实验动物管理.E-mail:changzai 实验动物质量保障体系和服务体系建设张 静1,2 刘苗苗1,2 唐倩倩1,2 尹玉涛1,2 陈 桢1,2 谢忠忱1,2 常
2、在1,2(1.清华大学生命科学学院,北京100084)(2.清华大学实验动物中心,北京100084)摘要:随着现代科学的快速发展,多学科与生命学科的交叉成为热门,实验动物作为生命学科发展的重要支撑,得到了更广泛的使用。而实验动物质量的严格控制对于以实验动物为研究对象的实验结果的可重复性、稳定性、可靠性至关重要,因此建立完善的实验动物质量保障体系对于实验动物质量的控制必不可少,此外专业技术服务也会进一步维护实验动物质量。清华大学实验动物中心经过十余年的摸索,形成了较为完备的实验动物质量保障体系,并不断完善与之相匹配的专业技术服务,通过对实践经验整理总结,希望为行业内实验动物中心的运行提供参考,立
3、志于为我国实验动物的发展贡献力量。关键词:实验动物;质量保障;技术服务中图分类号:Q95-3文献标志码:A文章编号:1006-6179(2023)04-0062-07DOI:10.3969/j.issn.1006-6179.2023.04.012Construction of Laboratory Animal Quality Assurance and Service SystemZHANG Jing1,2,LIU Miaomiao1,2,TANG Qianqian1,2,YIN Yutao1,2,CHEN Zhen1,2,XIE Zhongchen1,2,CHANG Zai1,2(1.Sc
4、hool of Life Sciences,Tsinghua University,Beijing 100084,China)(2.Laboratory Animal Resources Center of Tsinghua University,Beijing 100084,China)Abstract:The intersection of multiple disciplines and life sciences has become popular along with the rapid development of modern life science,wherein labo
5、ratory animals have been widely used as an important support.The strict quality control of laboratory animals is of vital importance for the repeatability,stability and reliability of animal-based experimental result.In addition,professional technical services will further boost the quality of labor
6、atory animals.After more than ten years of exploration,the Laboratory Animal Center of Tsinghua University has established a relatively complete quality assurance system for laboratory animals and has been continuously improving its professional technical services.Here,Laboratory Animal Center of Ts
7、inghua University aims to provide an operation reference for others by organizing the practical experience over the years,so as to contribute to the development of laboratory animals in China.Key words:laboratory animals;quality assurance;technical services实验动物设施作为生命科学研究不可或缺的支撑条件,其平台建设和技术服务水平直接影响着相关
8、学科的发展,是实现科技进步,提高我国国际地位的重要基础。清华大学实验动物中心是清华大学第 4 期张静等:实验动物质量保障体系和服务体系建设 “十一五”期间重点建设的校级平台,拥有一期和二期两个实验动物设施,总建筑面积合计 7 800 m2,可容纳 4 万余笼小鼠,少量大鼠、兔、豚鼠、雪貂的饲养和实验。为了给生命相关学科的研究提供优质的实验动物资源和一流的技术服务,我们的工作重心在于建立并维护良好的实验动物保障体系,提升专业技术服务能力,力求对标国际一流水准,为国内实验动物行业发展提供新思路。1实验动物质量保障体系的建立1.1实验动物福利伦理审查委员会(Institutional Animal
9、Care and Use Committee,IACUC)的建立及其作用清华大学 IACUC 自 2010 年成立,核心成员包括 10 名教授、1 名主治兽医、1 名非生物医学相关研究背景机构成员、1 名公众代表(非机构内成员)以及两名秘书。IACUC 会议按照团队工作方式定期召开,通过对实验动物的使用计划、操作程序和设施运行进行讨论,形成统一的决议和伦理审查报告,以保证实验动物设施在运行实践中符合相关的法律和法规要求。IACUC 具体工作包括:1.1.1实验动物从业人员资格审查及培训:根据中华人民共和国和北京市有关法律、法规,清华大学实验动物管理办法 以及清华大学实验动物福利伦理审查办法 等
10、文件的规定,要求从事实验动物饲养、管理或动物实验研究等相关工作的人员必须持有实验动物从业人员岗位证书(以下简称上岗证)。为了满足清华大学新增动物实验人员的需求,以及每 5 年需要更新上岗资质的要求,清华大学实验动物中心每学期会联合北京实验动物行业协会,对校内有需求的从业人员进行培训并组织资格考试。对于未能参加上岗证考试,但急需开展动物实验的人员,中心提出三点要求:一是实验者需要有经 IACUC 审批通过的有效实验动物研究及使用计划(Animal Protocol,以下简称 AP);二是需在开展动物实验前完成动物中心组织的动物实验操作及屏障使用等培训,取得动物中心屏障设施门禁卡权限;三是在获得上
11、岗证之前,实验者不能独自开展动物实验,需在已考取上岗证的实验者带领下进行动物辅助操作实验。清华大学实验动物中心为本校师生提供具有针对性的实验动物相关培训,以帮助他们能够快速掌握实验操作技能,实验者可通过实验动物中心的网站预约培训,培训包括基本的屏障设施使用理论及实操培训(每周至少一次)、常规基础实验技术系列培训(每两周一次)、一对一的特殊手术技能培训(根据预约情况决定)、ABSL-2 实验相关的理论及实操培训(每两周一次)以及测试相关仪器上机培训(根据预约情况决定)。据后台数据统计,每年培训已达 1 200 人次以上,极大的为校内师生动物实验的开展提供了便利。1.1.2AP 的审查及更新检查:
12、AP 是科研工作者开展动物实验之前必须准备的重要文件,内容包括使用实验动物的原因、需要对实验动物进行的操作,以及为保障实验动物福利采取的有效措施。IACUC的主要职能工作之一是对 AP 的审查,通过权衡动物实验设计的科学性与实验动物福利间的平衡,分析动物实验涉及的生物安全风险,从而提出适当的安全防护建议及整改方案。一份新的 AP 从提交、审阅、修改到最终批准,大约需要两周时间。自 2020 年春季学期开始,本中心不断增强所提供的服务与 AP 之间的关联,从开通门禁卡、参加动物中心各项培训到订购实验动物、申请麻醉剂、申请实验动物福利伦理审查证明等均需在有效的 AP指导下进行。IACUC 对实验者
13、提交的各项服务预约申请进行 AP 有效性审查,对于无效 AP 会督促实验室提交重大变更申请或后续调整申请。清华大学实验动物中心 IACUC 在 2021 年度共审阅并批准AP 125 份,审阅已获批实验计划的延期及变更申请69 份,后续调整申请 206 份。1.2实验动物供应商的选择和质量保障清华大学科研工作者对实验动物的种类、品系要求多样,除了使用动物中心常规饲养繁育的 3 万多笼动物以外,每年仍需要从其他机构购买约 15 万只实验动物,包括大鼠、小鼠、兔子等,因而,对实验动物供应商的质量评估也纳入了本中心兽医的工作范围。作为实验动物质量保障的重要环节,中心兽医需每年对每个供应商至少进行一次
14、综合评估,重点是对实验动物质量进行评价,涵盖微生物质量、遗传质量和生理生化等表型。此外,综合评估还包括供应商的质量控制体系完善程度,供应商的售后服务保障和用户体验等。1.3实验动物基础物料选择与质量保障1.3.1垫料:垫料,用于吸附水分和动物的排泄物,以维持动物自身和笼内环境的清洁卫生。为了防止36 实验动物科学40 卷对动物实验造成干扰,所选用的垫料应不含挥发性、刺激性物质,且对动物无毒害。啮齿类实验动物垫料主要包括杨木屑、玉米芯和纸卷。综合考虑取材难易程度及成本,美国多选用碎玉米芯作为垫料,而欧洲国家多选用白杨木屑作为垫料。一般认为,玉米芯垫料具有粉尘少,吸附氨类物质能力强1,对动物及设备
15、损害小的优点,但是舒适性差,不适合动物做窝,吸水性不好,且可能影响小鼠的代谢、免疫功能以及繁殖2,常规可搭配纸卷加以改善3。纸卷由于成本较高,往往不单独使用。而杨木屑虽然便于动物做窝,利于保暖,降低能量消耗,更为动物喜爱4-5,但是对设备损害较大,尤其是可能导致自动饮水系统的饮水水阀漏水。因此,为了使垫料兼顾良好的吸附性、舒适度,同时降低对设备的损坏,本中心对玉米芯分别搭配纸卷和杨木屑做垫料的实际使用效果进行比较后,进一步优化垫料组成成分,改进木屑为更轻盈松软的刨花6。目前本中心使用玉米芯搭配低粉尘杨树刨花作为大小鼠垫料,据繁育数据统计,在这种垫料饲养环境中本中心自繁C57BL/6J 小鼠的产
16、仔率稳定在 8.5 只/窝。1.3.2饲料:饮食是实验动物健康和福利保障的重要组成部分,不同的饮食选择对小鼠的发育和肠道菌群有重大影响,并直接影响研究结果的准确性和可重复性。饲料按照灭菌方法不同,主要分为60Co 辐照灭菌和高压灭菌两种,已有研究表明60Co 辐照灭菌法对饲料营养成分破坏较少,而高压蒸汽灭菌法对饲料营养成分破坏较多,尤其是会导致热敏感维生素(维生素 A,B12,E 等)的大量流失7,因此本中心选用60Co 辐照灭菌的饲料。然而,辐照后的饲料并不能保证完全无菌,辐照灭菌的效果与照射剂量和时间有关,还与病原污染的起始剂量相关。已有研究表明,饲料的制造过程并不能完全消除病原体,如果饲
17、料病原载量过高,小鼠甚至有感染穆林帕沃病毒(murine parvovirus)的风险8。因此,为了保障饲料质量,我们除了对购买饲料的外观进行严格检查,并跟踪每批次饲料的检测报告和质量合格证外,还不定期对饲料进行抽检,将抽检的样本送到第三方检测机构测试其营养成分和细菌含量,以确保各项指标符合国家标准。抽检频率为每年 23 次,抽检项目参考相关标准轮流进行,以保证全年能检测所有项目。严格的饲料质量把控,使我们中心小鼠分笼后体质量增长稳定,与 JAX实验室相当(图 1)。注:紫色曲线为清华大学实验动物中心饲养 C57BL/6J 小鼠体质量数据(n=15),蓝色曲线为 JAX 实验室网站公开数据(h
18、ttps:/www.jax.org/jax-mice-and-services/strain-data-sheet-pages/body-weight-chart-000664)。Note:The purple curve is the body weight data of C57BL/6J mice raised by the Laboratory Animal Center of Tsinghua University(n=15),and the blue curve is the data published on the JAX laboratory website(https:/w
19、ww.jax.org/jax-mice-and-services/strain-data-sheet-pages/body-weight-chart-000664).图 1清华大学实验动物中心小鼠体质量增长曲线Fig.1The weight growth curve of mice at the Laboratory Animal Center of Tsinghua University1.3.3饮水:饮水同样是小鼠健康和福利保障中重要的组成部分。目前,行业内使用的实验动物饮水主要有反渗透水、酸化水(pH 值为 2.8 3.1)以及次氯酸水(游离氯 0.2 1 ppm)。其中酸化水会导致肠道
20、细菌数量及丰度下降9,但是因其具有可抑制动物胃肠道病原体(例如假单胞菌)生长的优点,仍是最为广泛使用的啮齿动物饮水(如 JAX 实验室)。本中心二期新设施全部采用自动饮水装置,根据厂家推荐,采用的动物饮水是氯化水。为确保动物饮水符合国家实验动物环境标准,中心每月进46第 4 期张静等:实验动物质量保障体系和服务体系建设 行 1 次饮水的无菌状态检测,每年进行 2 次重金属含量检测。2实验动物专业技术服务项目的选择和建立2.1小鼠进出口业务随着清华大学在生命科学领域国际地位的提升,校内研究者对全球小鼠资源的需求,以及开放共享自己小鼠的需要均日益增长,因此中心申请获得了从国内外院校、科研院所、实验
21、动物资源机构(如JAX 等机构)进出口活体小鼠(包括无菌小鼠)或其遗传物质的资质,义务帮助校内师生操作进出口业务,为清华大学生命学科与全球资源的联动提供便捷,全方位满足实验动物的进出口需求。2.2基因修饰小鼠技术服务2.2.1小鼠生物净化:为保障本中心饲养的小鼠质量符合国标无特定病原体(specific pathogen free,SPF)的洁净等级,外来动物只有进行生物净化(bio-rederivation)后才可以进入屏障设施内的繁育房间。目前常用的净化方法包括体内交配进行胚胎移植(embryo transfer,ET)和 体 外 受 精(in vitro fertilization,IV
22、F)后胚胎移植10。截至 2021 年,动物中心已经为 190 余位 PI 的 4 100 余个小鼠品系进行生物净化,其中仅 2021 年动物中心完成 966 个品系,其中自然交配方式 271 个,得到 5 350 枚 2 细胞期胚胎,生仔 2 030 只,体外受精方式 695 个,得到94 883 枚 2 细胞期胚胎,生仔 23 187 只。每个品系从提出申请到进入屏障约为 50 d,为生命学科的快速发展提供了保障。2.2.2基因工程小鼠制作:2000 年以来,CRISPR/Cas9 基因修饰技术的问世,极大加速了对实验动物进行基因修饰的效率,进而催生了数以万计的基因工程动物模型。基于 CR
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