我国实验动物基础设施建设研究

On 五月 13th, 2013, posted iin: 学术专栏 by     浏览次数:992 次

董诚  荣瑞章  王晓宁  于晓风  贺争鸣  岳秉飞

       1.中国科学技术信息研究所,北京  100098)(2.北京市实验动物管理办公室,北京  100089

3.中国药品生物制品检定所,北京  100050

 关键词:实验动物;基础设施;科技创新

        中图分类号:Q95-331    文献标识码:A    文章编号:1006-6179200803-0034-05

 

实验动物是医学、生命科学研究的基础和重要支撑条件。医药、化工、农业、轻工、环保、航天、商检、军工等许多领域的科学研究和生产应用,都离不开实验动物。在生命科学和生物技术飞速发展的今天,实验动物已成为支持其持续快速发展,并将其研究不断引向深入的重要载体。实验动物科学正处在爆发式发展的时期。实验动物基础设施是生产高质量的实验动物和开展先进的科学研究的先决和基础条件,对实验动物科学的发展也起到了很大的促进作用,因此,实验动物基础设施成为国家整个科技基础设施建设的重要组成部分。近几年来,科技部、中科院、教育部等部门及其研究院所在集中进行实验动物建设的基础上,明显加大了对实验动物基础设施建设的投入。但是,在这种需求旺盛、投资大幅增长背景下,回顾我国在科技基础设施建设中曾经出现并且现在依然严重存在的重复建设、条块分割等现象,我们认为,在我国实验动物基础设施建设高速发展的现阶段,为了避免以上不合理现象的再次出现,应在建设实践的同时加强相关理论研究,为建立有序高效的、可持续发展的我国实验动物基础设施体系提供支撑。

1         实验动物基础设施的概念、内涵及分类

1.1        概念与内涵

实验动物基础设施是指用于实验动物种质资源保存、实验动物繁育生产和以研究、教学、检定等为目的进行动物实验的建筑物、设备以及运营管理环境在内的总合。

实验动物基础设施是维持实验动物生产的正常运转和开展动物实验所必需的基础条件,其特殊功能确定了实验动物基础设施有着特定的内涵,即它是外在建筑结构与内在相关设备、管理系统有机结合、并使其正常运行和保证各项指标符合相关要求的一个整体。其中包含:①按照实验动物环境与设施国家标准和有关规范设计建设的建筑物;②维持该建筑物正常运行并达到标准要求的相关设备,包括:制冷系统、空调净化系统、热源设备、供电设备、送排风设备、通讯网络设备、灭菌设备、环境参数自控系统、环境消毒设备、供水系统、污物处理系统、以及饲养设备和实验仪器等;③保证设施良性运转、开放共享的相关政策法规,共享服务机制和人员队伍配置等;④保证设施稳定运转、实验动物质量和动物实验活动开展所需要的支撑保障条件。

1.2        分类

按照设施的功能,可以将实验动物基础设施分为实验动物遗传资源基础设施、实验动物应用基础设施和实验动物支撑保障基础设施三大类。实验动物遗传资源基础设施主要用于各种实验动物品种(品系)的保种、育种、繁殖生产的设施;实验动物应用基础设施是指以动物为载体,开展不同研究目的的动物实验操作的设施;实验动物支撑保障基础设施是指维持实验动物基础设施正常运转、保证实验动物质量和动物实验正常进行的全部基本支撑条件在内的基础设施总合。

2         我国实验动物基础设施发展现状

我国实验动物基础设施的发展与实验动物科学的发展以及市场化动作等诸多因素有着密切的联系。近十几年来,随着我国科技投入的大幅度增长以及科学研究水平的提高,带动实验动物基础设施也发生了巨大的变化。中央及地方的政府和企事业单位都投入巨资用于实验动物基础设施的建设、研制和引进,在一些领域,其数量和质量已经达到国际先进水平。

2.1        实验动物遗传资源基础设施

为了保证和迅速提高我国实验动物遗传资源的质量和动物实验结果的可靠性,国家首先采取措施,自1998年开始,按照实验动物环境及设施国家标准和有关规范建设先后了多个实验动物种子中心和资源基地。国家实验动物种质资源基础设施的建设,不但大幅度提高了实验动物资源的遗传质量,实现了种质资源的高效保存与共享,保证了实验动物种质资源的战略贮备,也为地方及企业进行实验动物基础设施建设起到了良好的示范与带动作用。

在国家进行基础性、公益性种质资源设施建设的同时,根据行业发展需要以及市场动作的需求,各地方、相关部门及有关单位也投入资金,进行实验动物设施的建设或改造,以保证实验动物质量和规模化生产,实验动物基础设施建设和动作方式正随着实验动物的市场化运作而呈现出多样性和灵活性。

2.2        实验动物应用基础设施

近10年来,我国实验动物应用设施也有了较大的发展。国家对实验动物应用设施实施的许可证管理,使实验动物应用设施的改造升级和新建于1995年后形成了一个高潮,外企和中外合资的企业越来越多,国内重要药厂和生物制品厂的实验动物应用设施多已按着GMP要求进行组建或改建,已经改变了实验动物应用设施的落后局面,并向商品化、产业化的方向发展。随着国家对资源共享、建立科技支撑平台的提倡和支持,近几年由地方政府组织、多方筹资已在北京、上海等地建成或正在筹建一批具有综合性能,可承担各种动物实验的大型实验动物应用设施,其建设和组成基本上按国际先进水平进行,地区资源整合的趋势正在形成。

动物保护、动物福利、动物伦理的提倡和国际共识对我国动物实验的开展产生了重大影响。从上世纪90年代开始,动物替代化研究在我国已取得初步成绩。国家和某些地方政府出台了善待动物指导性意见和动物实验伦理审查的实施办法,所有这些都已开始融入实验动物应用设施的管理之中,为我国实验动物应用设施和国际全面接轨做了前期准备。

我国与发达国家在感染性动物实验设施方面差距较大。20世纪90年代起,国内少数单位开始自行建设小规模的ABSL-3实验室,但由于对国际上的最新进展不十分了解,国内又没有有关的标准,因此,处于一种无序发展状态。进入21世纪,SARS和禽流感的暴发使人们对公共卫生和生物安全问题的认识大大提升。我国相继出台了相关的法规与标准,经中国合格评定国家认可委员会认可通过的ABSL-3实验室已有6个,但只是被允许使用猴、鸡、小鼠等动物开展研究工作。根据我国高级别生物安全实验室建设规划,国家在生物安全和公共卫生上将投入大量资金建设一批BSL-3和BSL-4实验室。这些设施的规模和水平基本达到或接近国际水平,一旦全部建成,将会大大改变我国在感染性动物实验方面的落后局面。

2.3        实验动物支撑保障基础设施

实验动物支撑保障基础设施主要包括实验动物质量监测设施、实验动物专用设备生产设施和信息基础设施等。

在质量监测设施建设方面,从1997年开始,国家在出台相关质量管理办法和技术文件的基础上,批准成立了多个国家级检测中心。通过多年的努力,我国已建立起以国家和地方两级检测机构共同构成的全国实验动物质量检测体系,为实验动物许可证管理制度的实施,推动实验动物资源开发、整合以及资源共享提供了技术保障。

我国实验动物用具的生产起步于上个世纪80年代,目前正从生产规模小、产品种类单一、标准化程度低逐步向产品内部结构、生产材料、品种规格的多样化和规范化方向发展,实现了生产企业的许可证管理,质量有了较大改善和提高。许多生产厂家在国家高新技术开发区进行扩建,使生产环境、生产设备和生产规模有了很大改观,并根据我国生命科学研究和实验动物科学发展的需要,以及国外实验动物笼具产品的更新换代,开发出各种新型产品,以满足可持续发展的需要,产品销往全国各地,并有部分产品进入国际市场。

在实验动物科学信息共享设施建设方面,在国家层面于2002年开通了中国实验动物信息网络,北京、上海等地方也建成了地区性的多种形式的实验动物科学信息网络平台,为从事生命科学研究和实验动物工作的科技人员搭起了信息沟通的桥梁,带动了实验动物标准化的建设,推动了生命科学的发展。

3       国家实验动物基础设施发展需求与趋势

未来国家生命科学研究和生物医药产业创新发展将主要集中在解决严重威胁人类生命和影响国民生活质量的重大疾病,以及创新药物的开发。在此发展过程中,对高质量或标准化实验动物的需求量将进一步提高。同时,随着实验动物和动物实验的发展,实验动物应用基础设施也将不断完善和改变。

3.1  实验动物基础设施发展需求

3.1.1  国家科技创新体系建设的发展需求:国家科技创新体系对实验动物基础设施建设的需求,主要是通过对实验动物资源建设的要求来体现出对基础设施建设的迫切需求。国家科技创新体系的建设与发展要求实验动物呈现生产规模化、质量标准化、品种多样化、供应专业化。开展实验动物资源建设的一个基本支撑条件就是基础设施。基础设施是实验动物资源收集、保存和资源质量提升的基本保障。实现实验动物资源对国家科技创新的支撑,必然要求实验动物基础设施建设与之相适应,这也是国家科技创新体系建设对实验动物基础设施提出的要求。

国家科技创新体系的发展需要最大限度的实验动物资源共享。而实验动物资源共享的前提之一是资源的整合与资源的丰富,因此需要基础设施作为保障,可以说没有基础设施就没有资源。

3.1.2  实验动物资源自身建设的发展需求:实验动物基础设施是实验动物新资源建设的物质保障,特别是新资源的开发,由于其特殊性对实验动物基础设施建设也提出了新的要求,要求研究能够满足新资源开发与利用的新型基础设施,使基础设施建设与新资源开发利用相配套,能够满足新资源的开发。

实验动物质量的提高是诸多影响因素综合作用的结果,除了硬件条件的保证以外,还需要建立完善的质量标准、检测方法、诊断试剂等技术保证,以及从业人员培训考核体系、人文环境等管理系统,从实验动物基础设施的内涵可以看到,这些因素也是实验动物基础设施的重要组成部分。

3.1.3新技术、新型设备的发展需求:随着科技的发展,作为实验动物支撑条件的各种类型的相关设备也得到飞速的发展,如何利用这些新型设备,并与环境设施相结合,达到最佳的效果,则需对设施条件深入研究,并通过实践得出结论,这些都对实验动物基础设施建设也提出了新的课题和新的要求。

3.1.4新的管理理念的发展需求:动物保护、动物福利、动物伦理的提倡和国际共识对我国动物实验的开展产生了重大影响,进行动物实验必须遵从良好的伦理观念和采用符合动物福利的处理方式,动物实验都要纳入良好的“GLP”规范管理当中,这对实验动物应用基础设施提出了全新的建设和管理要求。

3.2  实验动物基础设施发展趋势

3.2.1实验动物遗传资源基础设施的功能专一化和生产设施规模化:国家科技创新体系要求实验动物这一支撑条件能够在最大程度上满足其要求,特别是在资源种类方面,要求品种品系丰富、模型动物多样化。另外,由于不同种类的动物不仅体型有着明显的差异,而且不同动物的生物学特性和饲养管理模式差异也大,因而对基础设施的要求不同。实验动物的多元化发展以及资源建设的分工明确,要求动物设施的功能要与动物资源相适应,实现专一化。由于饲养的高成本,使得实验动物的饲养繁殖与供应逐步集中在少数生产单位,形成规模化效应。多数单位作为使用者而放弃过去小而全的模式。

3.2.2实验动物应用基础设施的功能多样化和设施专业化:实验动物应用基础设施组建上将更多地和高水平的相应研究机构相结合,国有和民营资本投资并重,实验动物应用设施趋向商业化和产业化发展。

一方面,实验动物应用基础设施将成为具备完成各种动物实验能力的大型综合性设施,可提供多种类、多品种动物进行各种不同的非毒害性动物实验。动物替代研究、生物信息学、生物模拟、人工智能技术发展迅速,使实验动物应用基础设施具备了用动物替代、生物模拟、人工智能方法进行科学研究的能力。

另一方面,涉及化学毒害、放射性、军事研究的特殊性实验动物应用设施将进一步规范和专业化,许多发达国家建有专门的、独立的此类实验动物应用设施供特殊研究所用。近几年频繁发生的生物恐怖事件和重大公共卫生事件,使得各国对设计和建设高级别动物生物安全设施十分重视,以适应开展高致病性病原微生物动物感染实验的需要。

3.2.3  实验动物设施的基地化:对于一些特殊动物来讲,其设施建设要求有其特殊要求,并且对于一些研究机构来讲,这些动物的使用量并不是很大,因而,要求这类动物设施建设时应考虑到动物生产和使用两方面的需要,将实验设施与动物资源生产设施的建设相结合,形成功能比较全面的研发基地。不仅解决了资源运输的问题,避免环境条件变化给实验结果带来的不确定性、对提高资源利用率和潜在价值、维持基地运行等都有积极的意义。

3.2.4  高等级的实验动物基础设施所占比例将不断提高:随着科技人员对实验动物质量与实验结果之间关系的认同,以及实验动物管理工作力度的不断加强,高等级实验动物使用量将不断增加,一些技术规程对实验动物质量提出了明确的要求。这些都将推动高等级实验动物基础设施的建设,极大改善实验动物生产和动物实验环境条件,使屏障环境设施在实验动物设施中所占比例明显提升。

3.2.5  国家实验动物基础设施建设的合理布局与有序发展:根据国家科技基础条件平台建设总体框架和国家科技创新的需要,围绕着实验动物种质资源的保存与共享,将会把实验动物种质资源网络作为一个有机的整体来全面规划和设计,按照统筹规划、统一标准、功能互补、共享服务的原则,逐步开展我国实验动物种质资源网络的基础设施建设,并将实验动物基础设施建设作为一项长期、艰巨并且投资大的系统工程,形成多渠道、多方面、多层次的稳定财政支持。

国家实验动物基础设施建设的建议

4.1  实验动物种质资源基地总体布局的调整

现有的国家实验动物资源或种子中心包括啮齿实验动物种子中心和上海分中心、国家遗传工程小鼠资源库、实验兔种质资源基地、实验用小型猪种质资源基地、SPF实验禽类种质资源基地、实验犬种质资源基地、实验猕猴种质资源基地等。这些种子中心或种源基地的建设已为我国实验动物科学事业的发展,尤其是为国家实验动物许可证制度的推行和生命科学及医药的研究、开发起到了保障作用。

根据国家自然科技资源条件平台建设的战略目标和我国生命科学研究和生物医药研发的需要及我国社会经济发展的战略规划,结合我国实验动物科学发展的实际情况,建议对已建的七个国家实验动物种子中心和国家实验动物信息网的基础设施进一步扩建和完善,同时新建水生实验动物、模式生物资源和野生啮齿类动物资源等保种基地或种质资源中心和新建国家实验动物胚胎、配子和干细胞库。建议完善中国实验动物资源信息的功能和信息共享作用,充分发挥各品种实验动物种子中心、各大型实验动物繁育单位等的数据共享能力,形成互为链接的信息共享网络。

4.2       国家实验动物应用基础设施总体构架和布局设想

大型综合性实验动物应用基础设施以大行政区进行构建和布局。大型综合性实验动物应用基础设施是指可承接利用常规实验动物、遗传工程实验动物、部分模式动物、水生动物等进行多种动物实验的基础设施。设施的主要目的是在突出不同行政区域当地特有资源和保证满足本地重点承担研究方向需求的基础上、具备全面满足各种科研和产品开发领域的动物实验的能力,成为本行政区域内的主要实验动物支持平台,保证资源共享。

4.2       国家实验动物应用基础设施总体构架和布局设想

大型综合性实验动物应用基础设施以大行政区进行构建和布局。大型综合性实验动物应用基础设施是指可承接利用常规实验动物、遗传工程实验动物、部分模式动物、水生动物等进行多种动物实验的基础设施。设施的主要目的是在突出不同行政区域当地特有资源和保证满足本地重点承担研究方向需求的基础上、具备全面满足各种科研和产品开发领域的动物实验的能力,成为本行政区域内的主要实验动物支持平台,保证资源共享。

由于药品和人民健康直接相关,医药产品开发在国民经济中占有一个很重要的地位,医药业已成为科技创新、经济发展的重要支柱性产业。为医药系统服务的实验动物应用基础设施的科技水平国家应给以高度重视,对重大设施尤其是国家级药物安全评价中心内高科技仪器设备购置所需经费应给予财力支持。此外,为搭建技术支撑平台达到资源共享、设施合理布局,国家应给予提倡和资金补助。具体操作由地方主管部门进行。

教育系统对实验动物应用基础设施的需求相对复杂。从科学研究、产品研发到教育、培训、无所不包。这类设施建设在教育系统内所占位置几乎处于不被重视和认可的地位。虽然教育体系具备了强大的科研能力,而由于设施落后,反而丧失了在这方面开展科研和进行科研的优势,同时也对进行科研诚信教育和人身健康保护构成了严重威胁。为此,教育系统应首先改变对此类基础设施不够重视的思想,并联合其它国家相关部门重点解决。

化学毒害和放射性实验动物应用基础设施主要构建在相关研究机构中。由于其独特性和相对较少的需求,其构建和布局由这些研究机构根据实验需求自行按行政部门归属体系安排是合适的。国家可在设施先进性、大型仪器设备投资上给予政策和适当财力支持。

4.3  国家实验动物支撑保障基础设施建设建议

4.3.1  建立符合相关标准要求的实验动物质量诊断试剂生产设施:以国家财力支持的形式,支持建立生产实验动物质量检测试剂的“公益性”机构,构建实验动物质量检测试剂生产基地(或标准化实验室、生产联合体)。生产用于配套的实验动物质量检测试剂,取得生产许可和产品文号,使实验动物质量检测试剂步入商品化和标准化轨道,改变目前试剂欠缺和标准化程度低的状况。

4.3.2  建立实验动物国家重点实验室,开展质量检测方法和检测技术研究:针对影响实验动物质量、目前检测技术还需完善的病原生物学、遗传学、病理学等项目,开展病原学检测技术方法和分子生物学检测技术的研究,以及检测方法的评价,技术指标达到国内有关技术规程的要求。丰富和完善检测方法,提高实验动物质量检测工作水平。

建立与实验动物有关的其他支撑保障条件(如,垫料、动物饲养与实验专用设备等)的研发设施和质量检验实验室,开展质量标准、监测方法的研究,对相关产品质量进行检验评价。

4.3.3  建立与实验动物新资源建设相适应的研发基地与质量控制实验室:为推动实验动物新资源的开发与利用,组建相应的研发机构与质量检验机构,开展有关支撑条件的开发,研究制定质量标准,建立相应的检测技术,开展新资源质量检验与相关产品质量评价,促进新资源的标准化和应用进程。

4.3.4  建立实验动物人才培养基础设施:针对目前大型实验动物生产和应用设施的建设所占比例日趋增大,实验动物管理和技术人员的供需矛盾日益变成突出的问题,应尽快组织有关力量,在现有的人才培养体系基础上,建立大型实验动物设施高级管理人员的培养体制和基础设施,以满足科技发展对高级实验动物管理人员的需要。

 

 

                                                                                                                            实验动物科学