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动物实验，如何设置对照
人阅读 发布时间：2022-12-19 09:16
动物对照给药
对照实验 (Control experiments) 是在实验中设置比较对象的一种科学方法，对照组的设置可评估实验条件改变对实验结果产生的影响。动物实验中的对照实验一般可分为空白对照、阳性对照和阴性对照。
图 1. 常见对照类型
了解了动物对照给药的基本定义之后，下面我们一起来看一下实例吧~
空白对照
动物实验中，不加任何对照药物的对照组，称为空白对照。空白对照可以排除假阳性的结果。
在Fasting-mimicking diet and hormone therapy induce breast cancer regression 中，研究者们使用低血清，低葡萄糖培养条件，模拟禁食或 FMD (短期饥饿，STS)，FMD 增加了 Tamoxifen (TAM; 他莫昔芬) 和 Fulvestrant (FULV; 氟维司汀)在 HR+/HER2- 乳腺癌 (BC) 细胞系中的抗肿瘤活性。在这些细胞系的小鼠异种移植瘤模型中，得到了与体外实验相似结果：如图 2A 所示：与空白对照 (随意饮食) 以及单独他莫昔芬和氟维司群组相比，FMD 与他莫昔芬/氟维司汀组合更能诱导乳腺癌消退。
图 2. MCF7 异种移植物在 BALB/c 裸鼠中的生长，随意饮食 (CTR)，每周 48 h 模拟禁食 (FMD)，TAM、FULV 或组合给药[1]
阳性对照
阳性对照是按照当前实验方案一定能得到阳性结果的对照实验。阳性对照可以排除假阴性的结果。如图 3 所示，研究者先建立了子宫内膜瘤的类器官模型，通过高通量筛选的筛出有特异性反应的治疗药物，并将得分最高的几种药物通过异种移植 (PDX) 模型进行体内验证。
携带子宫内膜癌小鼠分别接受实验组药物 (奥拉帕尼，伏立诺他，布帕尼西，布帕尼西+奥拉帕尼，布帕尼西+伏立诺他) 以及阳性对照 (卡铂+紫杉醇) 治疗。与阳性对照组相比，布帕尼西，布帕尼西+奥拉帕尼，布帕尼西+伏立诺他组更显著抑制肿瘤生长。
图 3. 单一或组合治疗对小鼠子宫内膜肿瘤生长的影响[2]
A. 不同药物治疗对肿瘤体积和质量的影响。B. H&E染色切片和增殖标志物 Ki67 的 IHC
阴性对照
阴性对照和阳性对照相反，按照当前的实验方案一定不会得到阳性结果。
■ 溶剂对照 (Solvent Control)
最常见的阴性对照。有些化合物由于水溶性差，在进行药物溶解时，可能需要使用有机溶剂 (如 DMSO) 以及助溶剂辅助溶解。为排除溶剂本身对动物的影响，往往会设置一个溶剂对照组。
如下图 4 所示，文献旨在研究抗生素-化学引诱剂 (fPeps-万古霉素偶联物) 对 S. aureus 肺炎小鼠模型的影响。在该研究中MRSA 小鼠接受 fPeps-万古霉素偶联物，万古霉素以及溶剂对照 (5% DMSO+95% PBS) 鼻内给药。fPeps-万古霉素偶联物较单独使用万古霉素组显著减轻少 S. aureus 肺炎小鼠模型的炎症和细菌负荷。
图 4. fPep-万古霉素偶联物减少小鼠肺炎模型中的细菌负荷和炎症[3]
A-C. 不同处理对小鼠肺组织中的细菌负荷，肺泡空间百分比以及细胞核数的影响。D.外肺叶的HE 染色
■ 假手术处理对照 (Sham Control)
除此之外，在给动物造模的过程中，也会涉及到假手术处理对照 (Sham Control)。例如，在 Longitudinal functional imaging of VIP interneurons reveals sup-population specific effects of stroke that are rescued with chemogenetic therapy 一文中，实验组小鼠通过手术诱导中风，给对照组小鼠进行假手术。对比假手术小鼠，中风小鼠的长效皮质兴奋性和反应能力明显衰减。注射氯氮平N-氧化物 (CNO) 后，显着增强了表达hM3Dq 的小鼠的诱发皮层场电位幅度 (5C)。
图 5. 血管活性肠肽中间神经元的化学生成刺激增强了皮质对前爪触摸的反应[4]
A. 手术时间表 B. 中风后皮层中表达 DREADD hM3Dq 的神经元的分布 C-D. CNO 对前肢诱发电位的振幅的影响
■ 同型对照 (Isotype control)
除了上述阴性对照，使用抗体治疗的组别还需要设置同型抗体作为对照（Isotype control)。例如在研究压力相关激素和神经递质对抗癌疗法影响的实验中，携带 MCA205 肿瘤的社交失败 (SD) 小鼠和对照 (Ctrl) 小鼠分别用抗 PD-1 mAb（clone RMP1-14）以及同种型Ab（clone 2A3）治疗。结果表明，抗 PD-1 mAb显著抑制了肿瘤生长；且米非司酮 (MIFE) 改善了抗 PD-1 mAb 在 SD 小鼠中的抗肿瘤作用。
图 6. 同型对照的设置[5]
A. 抗PD-1 mAb 或同种型 Ab 对对照小鼠 B. 抗PD-1 mAb 或同种型 Ab 对社交失败小鼠肿瘤生长的影响
以上就是动物实验中常出现的对照实验举例。其实动物实验的对照组和细胞实验的对照组设计思路是相同的，都是为了佐证实验结果的可靠性，同时在实验失败时帮助我们排查导致失败的原因。
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Tamoxifen
口服有效的雌激素受体调节剂，用于晚期乳腺癌和卵巢癌的研究，在体内诱导 CreER(T2) 转基因小鼠的基因敲除。
Fulvestrant
雌激素受体拮抗剂，常用于研究雌激素受体阳性的转移性乳腺癌。
Paclitaxel
抗肿瘤剂，用于研究多种癌症的研究。
Carboplatin
DNA 合成抑制剂，可作为多种癌症的化疗化合物，包括卵巢癌、肺癌，神经母细胞瘤等。
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对照实验 (Control experiments) 是在实验中设置比较对象的一种科学方法，对照组的设置可评估实验条件改变对实验结果产生的影响。动物实验中的对照实验一般可分为空白对照、阳性对照和阴性对照。
图 1. 常见对照类型
了解了动物对照给药的基本定义之后，下面我们一起来看一下实例吧~
空白对照
动物实验中，不加任何对照药物的对照组，称为空白对照。空白对照可以排除假阳性的结果。
在Fasting-mimicking diet and hormone therapy induce breast cancer regression 中，研究者们使用低血清，低葡萄糖培养条件，模拟禁食或 FMD (短期饥饿，STS)，FMD 增加了 Tamoxifen (TAM; 他莫昔芬) 和 Fulvestrant (FULV; 氟维司汀)在 HR+/HER2- 乳腺癌 (BC) 细胞系中的抗肿瘤活性。在这些细胞系的小鼠异种移植瘤模型中，得到了与体外实验相似结果：如图 2A 所示：与空白对照 (随意饮食) 以及单独他莫昔芬和氟维司群组相比，FMD 与他莫昔芬/氟维司汀组合更能诱导乳腺癌消退。
图 2. MCF7 异种移植物在 BALB/c 裸鼠中的生长，随意饮食 (CTR)，每周 48 h 模拟禁食 (FMD)，TAM、FULV 或组合给药[1]
阳性对照
阳性对照是按照当前实验方案一定能得到阳性结果的对照实验。阳性对照可以排除假阴性的结果。如图 3 所示，研究者先建立了子宫内膜瘤的类器官模型，通过高通量筛选的筛出有特异性反应的治疗药物，并将得分最高的几种药物通过异种移植 (PDX) 模型进行体内验证。
携带子宫内膜癌小鼠分别接受实验组药物 (奥拉帕尼，伏立诺他，布帕尼西，布帕尼西+奥拉帕尼，布帕尼西+伏立诺他) 以及阳性对照 (卡铂+紫杉醇) 治疗。与阳性对照组相比，布帕尼西，布帕尼西+奥拉帕尼，布帕尼西+伏立诺他组更显著抑制肿瘤生长。
图 3. 单一或组合治疗对小鼠子宫内膜肿瘤生长的影响[2]
A. 不同药物治疗对肿瘤体积和质量的影响。B. H&E染色切片和增殖标志物 Ki67 的 IHC
阴性对照
阴性对照和阳性对照相反，按照当前的实验方案一定不会得到阳性结果。
■ 溶剂对照 (Solvent Control)
最常见的阴性对照。有些化合物由于水溶性差，在进行药物溶解时，可能需要使用有机溶剂 (如 DMSO) 以及助溶剂辅助溶解。为排除溶剂本身对动物的影响，往往会设置一个溶剂对照组。
如下图 4 所示，文献旨在研究抗生素-化学引诱剂 (fPeps-万古霉素偶联物) 对 S. aureus 肺炎小鼠模型的影响。在该研究中MRSA 小鼠接受 fPeps-万古霉素偶联物，万古霉素以及溶剂对照 (5% DMSO+95% PBS) 鼻内给药。fPeps-万古霉素偶联物较单独使用万古霉素组显著减轻少 S. aureus 肺炎小鼠模型的炎症和细菌负荷。
图 4. fPep-万古霉素偶联物减少小鼠肺炎模型中的细菌负荷和炎症[3]
A-C. 不同处理对小鼠肺组织中的细菌负荷，肺泡空间百分比以及细胞核数的影响。D.外肺叶的HE 染色
■ 假手术处理对照 (Sham Control)
除此之外，在给动物造模的过程中，也会涉及到假手术处理对照 (Sham Control)。例如，在 Longitudinal functional imaging of VIP interneurons reveals sup-population specific effects of stroke that are rescued with chemogenetic therapy 一文中，实验组小鼠通过手术诱导中风，给对照组小鼠进行假手术。对比假手术小鼠，中风小鼠的长效皮质兴奋性和反应能力明显衰减。注射氯氮平N-氧化物 (CNO) 后，显着增强了表达hM3Dq 的小鼠的诱发皮层场电位幅度 (5C)。
图 5. 血管活性肠肽中间神经元的化学生成刺激增强了皮质对前爪触摸的反应[4]
A. 手术时间表 B. 中风后皮层中表达 DREADD hM3Dq 的神经元的分布 C-D. CNO 对前肢诱发电位的振幅的影响
■ 同型对照 (Isotype control)
除了上述阴性对照，使用抗体治疗的组别还需要设置同型抗体作为对照（Isotype control)。例如在研究压力相关激素和神经递质对抗癌疗法影响的实验中，携带 MCA205 肿瘤的社交失败 (SD) 小鼠和对照 (Ctrl) 小鼠分别用抗 PD-1 mAb（clone RMP1-14）以及同种型Ab（clone 2A3）治疗。结果表明，抗 PD-1 mAb显著抑制了肿瘤生长；且米非司酮 (MIFE) 改善了抗 PD-1 mAb 在 SD 小鼠中的抗肿瘤作用。
图 6. 同型对照的设置[5]
A. 抗PD-1 mAb 或同种型 Ab 对对照小鼠 B. 抗PD-1 mAb 或同种型 Ab 对社交失败小鼠肿瘤生长的影响
以上就是动物实验中常出现的对照实验举例。其实动物实验的对照组和细胞实验的对照组设计思路是相同的，都是为了佐证实验结果的可靠性，同时在实验失败时帮助我们排查导致失败的原因。
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