动物实验设计

动物实验的设计和实施Page2动物实验设计概论Forscientific,ethicalandeconomicreasons,itisimportanttodesignanimalexperimentswell,toanalyzethedatacorrectly,andtousetheminimumnumberofanimalsnecessarytoachievethescientificobjectivesPage3动物实验设计概论一般来说，动物实验的研究工作应该明确描述：：研究的目的和/或者需要验证的假说。选择特定动物模型的原因。动物种、品系、来源和类型。每个独立实验步骤的详细描述，包括研究设计和使用动物数量。数据分析所用的统计学方法。Page4动物实验设计的意义一、正确的动物实验设计对提高科学研究质量、发表高水平的学术论文非常重要二、目前许多动物实验质量不高1、动物质量不高,低级别动物给实验结果的科学性带来影响。2、实验设计和统计学分析能力有限三、一个好的实验设计，对统计学分析来说帮助很大，可以使问题变得更加容易解决四、一个不正确的实验设计，导致结果信息无用。动物实验设计概论Page5动物实验设计概论动物实验的分类1、确证性的实验：用一种最大可能,正确解答问题的系统方法，收集有关处理实施后动物反应的科学数据。2、探索性的实验：为产生新的假说提供素材。这两类实验都涉及在实验人员的控制下，对动物施加一定的处理或操作，来发现是否处理在实验对象上引起一定的反应，或者对这种反应进行定量。3、检验性实验：是观察性的实验，用于发现科研人员不能控制的变量之间的联系。这种联系可能是暂时的也可能是长期的。Page6实验设计的主要目的一是保证所测变量的任何差异是由处理造成的，而不是其他非对照变量引起；另一个目的是通过控制确定的变量在尽可能小的范围内，减少所测反应的变异性，这样对处理效应的评介更准确。Page7动物模型应用的重要步骤一、动物实验通常是研究某种类、品系或性别动物的生物学特性，并间接推断人或其他研究对象的相关方面。二、3个重要方面1、基于对研究对象和模型（候选）动物中疾病发展方面掌握的已有知识2、进行一个或多个实验，观察模型对所实施的处理如何反应3、考察模型实验的结果与研究对象物种的相关性动物实验设计概论Page83R原则一、减少NO.1Reduction二、替代NO.2Replacement三、优化NO.3Refinement动物实验设计概论Page9差异的控制进行动物试验设计时，需要考虑的一个重要控制因素就是实验中的非研究目的差异。1、遗传引起表型差异(遗传学质量控制）2、其他原因，例如：分组因素、饲养条件微小变化3、在实验中引入了太多的‘背景噪音’Page10差异的控制一、概述有机体的形态行为特征要适应环境，正是这种适应的不同导致有机体产生个体之间的差异，因而，动物的适应性的倾向对一个精确的实验设计来说是不可回避的挑战。生物学的观察是在一个可变背景上进行的1、生命形成的化学过程复杂2、生命适应环境不停的变化，稳定性差（差异大，所用数量多）差异的来源1、实验者2、动物固有3、动物所处环境相互作用产生的差异Page11差异的控制二、实验者带来的差异1、实验过程的实施实验操作的一致性、准确性、完整性：A:每只动物更换注射器B:注射器容量，精确C:根据称重给药（吸入药品后注射器重量-空注射器重量=剂量）D:良好的操作技术（避免给药时，药物溢漏）实验操作的小心，减少动物紧张情绪：A:代谢B:血流（影响血流速度，从而影响药物的吸收率）Page12差异的控制二、实验者带来的差异2、不准确的测量A：尽管现在的测量手段越来越先进，但是有些方法本身就存在缺陷。例如：凝胶电泳（点和带的迁移率、密度、大小受很多微妙因素影响）；光密度扫描（色彩的饱和度可以使结果呈现非线性）B:观察动物自然行为的测量，控制更困难。例如：采用多个不同观察人员，数据交换分析数据。一个连续的时间点，重复观测。Page13差异的控制二、实验者带来的差异2、不准确的测量C:动机状态观察专业观察人员，采用同一标准。行为类型被分解成更加数量化的组分。动物不同行为分解为元素，采用同一打分系统。D:整体动物进行实验时，行为学和生态学观测的差异是可以控制的GLP(goodlaboratorypractice)，最根本的基础是实验中得到的数据和信息的可信性是通过人员的工作质量来保证和实现的。实验观察的每一个步骤，必须按照SOP（standardoperatingprocedure)的文本执行。Page14Page15差异的控制三、固有动物之间的差异动物之间除了遗传组成的差异外，许多其他方面的影响也能增加动物间的差异，是我们进行试验设计时需要加以重视和考虑的差异来源。1、动物来源不同2、动物饲养管理的差别3、动物生活环境的不同：4、动物健康状况温度：排气口的温度高3~4度湿度：排气口湿度高5%~10%光线：不同层面，感受光线不同声音：20~40HZ,交配推迟，产仔低垫料：松木和桉木可以引起大动物肝脏酶活性和细胞毒效应的物质。Page16差异的控制四、动物与环境之间相互作用引起的差异1、动物对环境应激或应激的生理反应、行为反应和生化反应使用环境丰富物，增加生存环境的复杂性，减少应激。2、群居群居体重差异小，等级明显，丰富物（改善还是恶化）Page17差异的控制四、动物与环境之间相互作用引起的差异3、动物与实验操作过程之间相互作用诱发产生的差异是存在的动物对不同饲养者表现不同，人员保持一致实验时间和饲养程序的之间的关系：更换笼盒前后给药不同效果，给药顺序不同，同样引起差异动物发出信号控制这类差异最有效的方法：A:确保操作人员的熟练程度B:开始实验前动物适应过程C:给动物奖励Page18动物实验设计的内容和步骤一、实验设计的最初步骤1、查阅文献A:明确研究焦点B：明确方法C：明确模型D：评估实验2、科研方法A：观察和描述科研中的现象B：系统的陈述问题和解释问题的假说C：利用假说预测新的观察结果D：验证假说Page19动物实验设计的内容和步骤一、实验设计的最初步骤3、问题的陈述、研究的目标和提出假说问题提出：实验将说明的问题是什么，意义研究目标：总目标，特殊问题假说：对每一个至少给出两个预计结果Page20动物实验设计的内容和步骤一、实验设计的最初步骤４、动物模型的确定使用系统发育水平最低的动物，符合３Ｒ原则使用的动物具有研究要求种属或品系专一特点，特定研究目的必须特点实验期间动物模型维持条件动物模型来源渠道最终确定动物模型前征询实验动物兽医意见Page21动物实验设计的内容和步骤一、实验设计的最初步骤５、实验合作者的确定在研究的过程中，明确应用的试验技术操作，并确认具有相应操作专长的人员来完成。让合作者了解实验：设计、计算、样品收集．．．．实验动物中心可以提供动物实验有关技术操作培训及昂贵设备服务Page22动物实验设计的内容和步骤二、动物实验设计１、研究方案根据问题、目标、假说，提出实验操作安排的计划并文字化考虑的方面：A：动物模型持续时间B:模型中预期疾病的进程（决定测定的最适时间点）Ｃ：人员参加的时间，实验花费Ｄ：给药方法Ｅ：风险评估Ｆ：统计学方法选定Page23动物实验设计的内容和步骤二、动物实验设计２、实验单元可以是一个动物，也可以是一组动物群体３、Ｎ因子；实验组别的动物只数将适当数量的动物分配到每一个实验组别每一个实验组别动物数量是通过预期各组接过差异的可能程度和采用统计学的方法计算出来的一个标准笼盒能够容纳动物的数量Page24动物实验设计的内容和步骤二、动物实验设计４、对照过多的变量（如遗传、环境、感染因子）对动物试验的结果产生影响，因此为消除这些外来变量或可能存在的未知变量的影响而设置对照动物。对照种类：阳性对照阴性对照空白对照媒介物对照比拟物对照Page25动物实验设计的内容和步骤二、动物实验设计阳性对照：一般在阳性对照组希望有变化作用：作为一个标准，测量各实验组间差异的程度。例如：毒物试验，动物给予毒物作为对照，结果是产生损伤或变化阴性对照：期望有正常状态不产生变化作用：保证未知变量对实验组动物引起相反的效应不存在，即排出假阳性Page26二、动物实验设计空白对照模拟处理组的过程而实际上没有给予动物以受试物或处理。移植或损伤媒介物对照在测试化合物溶于一种媒介时，这种媒介需要对照作用：观察溶剂是否引起反应比拟物对照与阳性对照性质一样，使用一个已知的处理来对比待测的处理例如：药物治疗，使用一种已知临床药物，对比实验药物。动物实验设计的内容和步骤Page27二、动物实验设计５、动物分组的随机化动物实验时必须把动物随机分配到实验各组，以确保研究的变量在每一组中不会导致偏差数据。必须在选择的时候选定同源的动物群体，生物学特性一致的动物方法:A：每一只动物一个编号，1第一组，2第二组………暗箱抽取B:动物多可以利用数字随机或计算机程序随机动物实验设计的内容和步骤Page28三、实验设计的最后考虑实验设计完成后要进行进一步的确认和审查，并在正式实验前进行小规模的预实验，初步检验设计的合理性，并为进一步的完善提供依据。1、实验步骤地确定实验开始前必须通过IACUC和实验动物伦理委员会的确认。包括动物饲养管理和使用的具体操作方法按照相关法律提供申请书时，需要相关证明实验涉及到危险品，还需要其他委员会的批准动物实验设计的内容和步骤Page29三、实验设计的最后考虑2、人员必须有相关培训人员才能承担实验我国由省级科技主管部门进行培训动物实验设计的内容和步骤Page30三、实验设计的最后考虑3、小规模的预实验小规模的预实验是使用少量的动物得到预示性的数据或通过预实将操作和技术固定并完善，以便于进行大规模的正式实验通过预实验确定实验动物用量证明实验合理性预实验同样需要经过IACUC同意动物实验设计的内容和步骤Page31三、实验设计的最后考虑4、数据的输入和分析–实验设计时应该规定在数据分析前，制定保证数据质量的措施和程序，确保实验后数据收集或输入发生的错误能被及时辨别出来。5、讨论–实验设计完成后广泛征求意见动物实验设计的内容和步骤Page32样本大小的确定在实验设计中确定样本大小十分重要A：满足科学研究需求B：符合实验动物法律法规C：符合3R原则由于科研目的的不一样，采用的实验动物种类也不一样，计算实验样本大小的方法也就不一样。Page33样本大小的确定一、小规模预实验原因：实验前缺乏资料信息或实验成功是否能够把握有些实验无法计算样本大小（转基因动物实验）一般实验，复杂的统计学设计都可以简化成一个重要事件的比较样本量足够大可发现统计学的结果检查所要进行实验的必备条件Page34样本大小的确定二、基于目标成功或失败的实验由于实验中成功的机会相当不稳定，因此这类实验所用的动物数量很难确定例如：转基因动物DNA整合率移植后受精卵的着床率整合位置和表达效果假定每个步骤地效率5%根据公式这需要50只动物，如果1%则需要300只动物。Page35样本大小的确定三、验证假说的正式实验大多数实验属于检验一个假说的正式实验，一般使实验都可以得到一些有用的信息，可以用来计算实验所需要的动物数量。在这类实验中，一般科研人员可以测定三种类型的变量：Ａ：二分变量：表现为是／否的结果百分率，比如死亡率。Ｂ：连续变量：某一物质在体液中浓度或生理功能（如血流速或尿量）Ｃ：一个事件的发生时刻：疾病或死亡出现的时间。Page36样本大小的确定１、确定检验的假说假说可以简单的归结成一个或几个问题，两组或几组数据的比较组间差异越小或群体变异越大，观察到显著性差异的样本量肯定越大Page37样本大小的确定２、效应大小、标准误差、力度和显著性水平计算