動(dòng)物COPD造模實(shí)驗(yàn)之--如何選擇動(dòng)物暴露單元

關(guān)于口鼻吸入暴露設(shè)備和全身暴露染毒設(shè)備的區(qū)別和選型其實(shí)有專門的文章介紹，但比較多的是在常規(guī)的毒理學(xué)研究中進(jìn)行比較，問題是在常規(guī)的毒理學(xué)研究中，即使是慢性暴露實(shí)驗(yàn)也很少能夠持續(xù)如動(dòng)物熏煙造模實(shí)驗(yàn)的時(shí)間的，所以針對熏煙造模實(shí)驗(yàn)，我們有必要在重新梳理介紹，了解其區(qū)別以幫助我們尋找適合的熏煙造模儀器設(shè)備。
慢性阻塞性肺（COPD）動(dòng)物模型制備是慢阻肺疾病的形成，發(fā)生與發(fā)展的重要基礎(chǔ)條件，根據(jù)經(jīng)典的動(dòng)物熏煙造模實(shí)驗(yàn)要求，通常需要3-6個(gè)月的長期持續(xù)地動(dòng)物香煙煙氣暴露，對于如此長期的實(shí)驗(yàn)來說實(shí)驗(yàn)成敗往往影響巨大，對于部分實(shí)驗(yàn)人員來說甚至是無法承受的，比如等待文章畢業(yè)的研究生。
能夠影響COPD造模成功與否的因素有很多，比如動(dòng)物飼養(yǎng)，儀器的選用，實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，這其中核心儀器設(shè)備即為動(dòng)物暴露系統(tǒng)。常用的動(dòng)物暴露系統(tǒng)有兩種，一種是動(dòng)物行為受限的僅通過口鼻吸入方式熏煙的口鼻吸入暴露系統(tǒng)，和動(dòng)物可以自由活動(dòng)全身暴露于煙氣環(huán)境中的全身暴露染毒系統(tǒng)。
首先，我們簡單介紹口鼻吸入暴露設(shè)備和全身暴露染毒設(shè)備兩種儀器各自的優(yōu)缺點(diǎn)，從四個(gè)方面逐一介紹：

	口鼻吸入暴露設(shè)備	全身暴露染毒設(shè)備	備注
動(dòng)物類型數(shù)量	各種動(dòng)物（小鼠-靈長類），最高120只	各種動(dòng)物，最高60只	僅指一套設(shè)備同時(shí)可以操作的實(shí)驗(yàn)數(shù)量，且考慮到實(shí)驗(yàn)重復(fù)性
動(dòng)物間的實(shí)驗(yàn)偏差	偏差相對較小	偏差相對較大	相同實(shí)驗(yàn)數(shù)量下比較
主要弊端	動(dòng)物因行為首先造成實(shí)驗(yàn)壓力，動(dòng)物口鼻端口被分泌物堵塞等	動(dòng)物全身沾染到煙氣，由于舔舐毛發(fā)及爪造成消化道毒性干擾

如上標(biāo)所述，兩種設(shè)備的主要區(qū)別可簡單歸結(jié)為，可同時(shí)對更多動(dòng)物熏煙，且口鼻吸入暴露設(shè)備實(shí)驗(yàn)重復(fù)性好，無消化道毒性干擾，但動(dòng)物實(shí)驗(yàn)壓力大，而全身暴露染毒設(shè)備比較適用于較小量的動(dòng)物，實(shí)驗(yàn)容易操作，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)壓力較小，但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)性以及干擾較大。所以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，我們可以選擇比較適用的類型。針對兩種類型設(shè)備的弊端，一些廠家通過進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)和軟件優(yōu)化很大程度降低了影響。比如德伯科技（databiosci）通過隔離鼠籠的使用大大提高了動(dòng)物間實(shí)驗(yàn)重復(fù)性。
全身暴露染毒設(shè)備選擇：目前國內(nèi)許多實(shí)驗(yàn)室仍采用自制熏煙箱方法進(jìn)行熏煙造模實(shí)驗(yàn)，或購買廉價(jià)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這也是COPD造模失敗案例中占最大比例的，比較顯著的特點(diǎn)是熏煙箱不符合空氣動(dòng)力學(xué)氣體均一性分布沉降要求，熏煙箱內(nèi)煙氣濃度非常不穩(wěn)定或者無法控制，嚴(yán)重的情況會(huì)造成動(dòng)物缺氧死亡。我們建議從以下三點(diǎn)進(jìn)行改善：1. 熏煙箱結(jié)構(gòu)盡量符合卵形設(shè)計(jì)；2. 可調(diào)節(jié)熏煙箱內(nèi)煙氣流量及壓力；3. 采取措施避免動(dòng)物大范圍活動(dòng)及相互撕咬舔舐。比如德伯科技（databiosci）的CAMP-AFW基礎(chǔ)版香煙熏煙法COPD造模系統(tǒng)通過使用12位隔離鼠（如圖1）籠實(shí)現(xiàn)大小鼠的精確定位，且避免相互撕咬，相對提高了實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定性和重復(fù)性。另外，許多實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行熏煙造模實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過對鼠籠垂直壘加多層實(shí)現(xiàn)了同一箱內(nèi)大量動(dòng)物同時(shí)熏煙以提高實(shí)驗(yàn)效率，但這樣實(shí)驗(yàn)的效果會(huì)造成下層動(dòng)物吸入上層動(dòng)物的呼出煙氣極易造成疾病交叉感染和實(shí)驗(yàn)重復(fù)性降低結(jié)果。
  口鼻吸入暴露設(shè)備選擇：口鼻吸入暴露設(shè)備在國內(nèi)外被廣泛用于動(dòng)物COPD熏煙造模實(shí)驗(yàn)，特別是大小鼠熏煙實(shí)驗(yàn)，但目前市場上產(chǎn)品魚龍混雜，特別是部分國產(chǎn)品牌，由于缺少大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)際使用時(shí)存在諸多問題。主要是暴露塔的每層間實(shí)驗(yàn)煙氣濃度與粒徑分布的差異較大，煙氣的垂直方向分布不均，容易造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定以及動(dòng)物缺氧等情況。這些主要是暴露塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理和控制系統(tǒng)不穩(wěn)定造成的，所以在產(chǎn)品選擇時(shí)要多了解暴露塔的層與層間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通常比較理想的結(jié)構(gòu)能夠把偏差控制在10%以內(nèi)或者更低。穩(wěn)定的控制系統(tǒng)則需要軟件上實(shí)現(xiàn)，比如壓力監(jiān)測要數(shù)字化且可控，氧氣濃度可實(shí)時(shí)監(jiān)測并有預(yù)警機(jī)制，如此可讓動(dòng)物熏煙造模實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)較理想的實(shí)驗(yàn)重復(fù)性和可控性，便于實(shí)驗(yàn)條件的摸索和精確控制。比如德伯科技（databiosci）的智能型口鼻吸入暴露系統(tǒng) iHeS（如圖2）通過改進(jìn)的三腔室流過式氣路設(shè)計(jì)大大降低了每層塔之間的實(shí)驗(yàn)偏差，最高可實(shí)現(xiàn)8%的標(biāo)準(zhǔn)偏差，而智能型控制系統(tǒng)smart600可對包括壓力，氧氣等各種實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行在線監(jiān)測，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的壓力控制模式和高精度的流量控制模式。
  綜上可知，其實(shí)對于數(shù)量較小的動(dòng)物熏煙造模實(shí)驗(yàn)，無論是口鼻吸入暴露設(shè)備還是全身暴露染毒設(shè)備都可以通過各種技術(shù)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)可重復(fù)，可控制的目的。