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翻越生醫研究:你不知道的實驗動物——《2016泛知識節》

這一系列文章為 2016泛 · 知識節「翻牆吧!知識」的活動紀實,我們將當下求知求真地感動盡力留下,想與世界某個角落正在努力翻牆的你分享。

知識不只在學校的黑板、不只在安靜的圖書館,當然 更不只在名為「學校」那棟被牆包圍的建築。2016泛 · 知識節「翻牆吧!知識」承襲著泛科學年會的精神與架構,變的是讓更多的知識在這裏碰撞,不變的是那渴求知識的靈魂。如果知識是一道牆,現在就讓我們用求知慾翻牆吧!

關於本場次【實驗動物大觀園】的活動介紹,請參考這裡

  • 講者/秦咸靜|國研院動物中心企劃推廣組組長
  • 文字紀錄/侯沁歡

我是生醫研究當中常會用到的實驗鼠。圖/Rama, CC BY-SA 2.0 fr, wikimedia commons.

實驗動物是人類為追求更好的生活品質與病痛治療背後的功臣,透過牠們,不僅救了人類,也救了動物,甚或是你家的寵物。只是你真的了解牠們嗎?

國研院動物中心企劃推廣組組長秦咸靜提到,從歷史上來看實驗動物的醫療貢獻,可以發現從 1900 至 2016 年為止,103 位諾貝爾生醫獎得主中就有 84 位做的是動物實驗。人類對器官移植、免疫系統或胃潰瘍等疾病的認識,許多都是從動物實驗而來。換句話說,沒有這些動物的犧牲,我們對於醫療健康的知識不會有這麼大的進展。

國研院動物中心企劃推廣組組長秦咸靜。圖/講者提供

在生物醫學的基礎研究部分,研究人員因為成本、時間等因素,大多使用大小鼠來做研究。醫療器材領域的檢驗多是用兔子;醫療手術方面則是以豬為多數;藥品的檢定則是需要用狗,不同的檢定依照實驗的需求,必須選擇不同的實驗的實驗動物。而操作動物實驗的過程其實就是個「擬人化」的過程,像是運用特殊品系的小鼠模擬人類高血壓的進程,或是利用先天飽食中樞有問題的小鼠,研究因過度進食肥胖而導致的糖尿病,以便順利連接到人類醫學。

每當新的藥品與醫療器材被開發出來,從實驗室到實際面對人體應用前,都需要經過種種的檢測判斷藥品是否安全與有效,這中間的過程我們就會需要實驗動物的幫忙。

各有不同的大小鼠家族成員

實驗動物有許多種,在這場講座中,秦咸靜挑選了大家最熟悉的大小鼠來詳加介紹。之所以大多數的研究都會選擇大小鼠有幾個原因:牠們的成本低、體積小、易操作,並且有著豐富的生理遺傳資料與多樣性,事實上,除了我們常說的小白鼠外,所有品種加上基因改造小鼠,目前一共有兩萬多個品系。

在做動物實驗時,會將大小鼠做近親交配,因為近親交配多代以後,個體間的遺傳差異性變得很小,就像是利用許許多多的雙胞胎鼠在做實驗一樣,能得到穩定的數據。然而這也表示牠們只能代表某一小部分族群,在實驗結果的解讀上更需小心。

在眾多品系中,小白鼠其實是白化突變的品種、而黑鼠則是顯性基因突變而來,小鼠毛皮最自然的顏色其實是栗子色。每種大小鼠的毛色與個性皆有不同,選用來做的實驗種類也不一樣。品系 C57BL/6J(簡稱 B6)的小黑鼠是實驗用途最多的實驗鼠,牠們有著愛吃甜食、不愛帶小孩的個性,被實驗人員們稱做「Party animal」,時常被實驗人員用來做遺傳基因解碼實驗。而 CTH 品系的褐色鼠,對於葡萄糖的耐受性強,但空間記憶力卻很差。實驗人員會依照實驗題目來選擇較適合的品系進行實驗。

由於基因改造技術,現在發展出許多人類疾病模式的大小鼠,讓牠們能被模擬 / 複製人類遺傳疾病以方便研究。

實驗動物居所大公開

實驗動物們平常居住在動物中心的隔離飼育區(barrier)/ 動物房裡,這些動物房除了養動物們之外,還要配備其它多功能場域(functional area),如餵養區、新動物進場檢疫區、清潔消毒區、存放區等等,是整個動物中心佔地最廣的一區,比工作人員的辦公室、廚房、實驗室都還要大。

這些動物中心對於實驗動物居住環境品質的要求其實非常高,凡是進出隔離飼育區的人員、食物、水以及排泄物等等,都需要檢查與檢驗。實驗動物居住品質關係到牠們的健康,也間接影響到實驗結果的準確性。一個好的飼育區 / 動物房,各式外在環境的調控都非常重要:恆溫(攝氏 22~24 度)能使動物們代謝正常、維持濕度在 50~60% 之間有利食物飼料保存與降低疾病感染;新鮮空氣與氣味品質需要靠高換氣率來達成。

實驗動物的居住環境需要嚴謹的管控。圖/By usda, Public Domain, wikimedia commons.

由於動物們在野外生活大多憑藉季節與日照時數的更替來轉換作息與繁殖週期,因此光週期的控制非常重要,為了避免偏差,動物房裡基本上都控制白天黑夜為各 12 小時,只有當需要繁殖時會轉為模擬夏季的較長時間日照;對夜行性動物來說,光度也是很需要注意的一環,動物房會配備兩段式或旋鈕式的可調節光線開關,以滿足動物們平常生活(較暗)與實驗人員進去工作時(較亮)的不同需求。

乾淨是最高準則

飼養實驗動物時,最忌諱的就是讓外面環境中的細菌與髒汙汙染到動物們的生活環境。當工作人員要進入動物房之前,一定要先洗澡並換下全身從裡到外的衣物,有時還要抽檢洗得「乾不乾淨」,檢測細菌的殘留量。動物們每季也都要做一次健康檢查,遠比人類一年一度的頻率來得還高。除了上述大環境的監控,每個小小飼育籠裡的「微環境」也有很多學問,動物中心裡的工作人員每一天都需要為牠們的家做清潔、消毒與更換墊料的工作(純手工!)。也要考量到動物們野外的生活型態,例如替愛做窩小鼠們準備「打造家園的材料」,根據生存需求與本能提供的客製化服務。

實驗鼠的飼育箱。圖/Public Domain, wikimedia commons.

一般,實驗動物會養在俗稱「鞋盒式的飼育籠」裡面,比起上方沒有加蓋的開放式飼育籠,更能層層過濾空氣、隔絕細菌進入。不過,還有一種更高級的住宅區,叫做「獨立空調飼育系統」,顧名思義每個飼育籠都有管線連接到獨立空調,大家呼吸的空氣不會互相干擾,更是避免了疾病或細菌的傳染、穩定動物的品質;每個獨立空調都是由上往下,經過過濾後才傳輸到籠內,廢氣則由下往上到屋頂之後分流排出,為了維持下方飼育籠的乾淨品質,所有的管線都藏在天花板下的貓道裡,而這些貓道同時也方便維修人員進出工作,讓他們不必經過層層的滅菌手續,一切事情都從上往下處理。

除此之外,秦咸靜也提到,動物房內所有的牆面都是防撞牆,每一個轉折處都是弧狀轉角,這樣才能確保牆面的乾淨、不藏污;整棟建築物也是隔震建築,當地震來臨時,建築體下方的支撐物能保持建物的垂直,避免裡面的飼育籠經過搖晃後全都東倒西歪。

2016年11月20日秦咸靜組長在泛.知識節上的分享。

飼養實驗動物其實是非常繁瑣和辛苦的一件事,許多複雜的手續和規則,都需要大家共同來維持和遵守,雖然實驗動物們被養育的目的是為了幫助實驗的研究,但工作人員仍然希望牠們在有生之年能擁有最好的生活品質。許多人會直覺地想像養實驗動物大概就和在家中養寵物差不多,但看完這些,你是否對實驗動物的想像改觀了呢?

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