高校實驗動物生物安全管理模式分析

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了高校實驗動物生物安全管理模式分析范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要：防疫工作一直是實驗動物安全管理的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)醫(yī)學與生命科學實驗室特點以及清華大學實驗動物中心的具體情況，采取6項有效措施，探索了實驗動物生物安全管理模式，建立了安全、健康的實驗環(huán)境，加強了實驗動物安全管理體系，提升了實驗動物專業(yè)技術服務水平和科研支撐能力，有效地保障了實驗教學及科學研究的順利開展。

關鍵詞：實驗動物；防疫工作；生物安全；安全管理

實驗動物作為實驗醫(yī)學與生命科學研究的重要支撐條件[1]，在歐美、日本等世界發(fā)達國家都有著50年以上長足的發(fā)展，實驗動物硬件條件和行業(yè)管理規(guī)范也已經非常完善，具備先進的微生物檢測和控制水平，實驗動物質量也越來越高，比如嚙齒類動物都已普及到無特定病原體（specificpathogenfree，SPF）級[2]。我國從1988年國家科委《實驗動物管理條例》以來，也逐漸建立了法制化、規(guī)范化與標準化的管理體制[3]。尤其是近10年來，實驗動物在生命科學與醫(yī)學研究中的重要作用越發(fā)凸顯出來，與國外發(fā)達國家逐漸飽和并略有降低的實驗動物使用量趨勢不同的是，我國實驗動物使用量成倍增長，高校與科研院所、醫(yī)藥企業(yè)都相繼投入大量人力、物力、財力，建設了越來越多的大型實驗動物設施，設施規(guī)模、硬件配備都已經與歐美等發(fā)達國家比肩。隨著設施規(guī)模的擴大和數(shù)量的增多，實驗動物從業(yè)人員也迅速增加，而實驗動物的飼養(yǎng)方式，尤其是嚙齒類實驗動物，大多是以高度密集化的方式進行飼養(yǎng)和動物實驗，如采用獨立通氣式籠具（individualventilatedcages，IVC）使得單位空間飼養(yǎng)量比常規(guī)飼養(yǎng)方式提高了近兩倍。在我國實驗動物生產和使用的種類、數(shù)量迅速增加的同時，實驗動物標準和質量也在逐漸提高[4]。實驗動物生產供應專業(yè)化、規(guī)?；惭杆侔l(fā)展。但與之相應的實驗動物微生物檢測手段、檢測水平以及實驗動物微生物質量與西方發(fā)達國家還有一定距離，具體表現(xiàn)在嚙齒類實驗動物使用質量還一直停留在清潔級水平，SPF級供應量和使用量比例還很低，另外國家標準實驗動物微生物和寄生蟲檢測病原種類和檢測方法還存在一定差距[5]?？梢哉f，我國大規(guī)模的繁育和使用實驗動物給實驗動物生物安全管理帶來越來越多的風險和挑戰(zhàn)。

1近年來實驗動物生物安全問題的事故案例

實驗動物生物安全是指對實驗中使用的動物可能存在的風險與危害進行相應的防范和控制，其中存在的生物安全隱患包括繁育、運輸、抓取、麻醉、采血等[6]。此外使用實驗動物時，在風險評估中要充分考慮動物源性感染性微生物的傷害特征。有證據(jù)顯示，實驗動物還能通過唾液、尿液和糞便散布動物源性、感染性微生物和其他的感染性因子[7]。總之實驗動物生物安全問題一直伴隨著實驗動物科學的發(fā)展，成為揮之不去的陰影。尤其是最近國際權威雜志《自然》對我國兩家科研機構近百名的科研人員和研究生同時被發(fā)現(xiàn)感染了實驗室源性布魯氏細菌事件發(fā)表評述并提醒業(yè)界關注。2019年12月7日，中國農業(yè)科學院蘭州獸醫(yī)研究所確認96名教職員工和學生的布魯氏菌感染呈陽性。隨后12月10日黑龍江省衛(wèi)健委官方網站也確認在哈爾濱獸醫(yī)研究所的13名學生也感染了該布魯氏菌，他們是曾經去蘭州獸醫(yī)研究所實習過的49名學生中的13名?！蹲匀弧愤€披露早在2011年東北農業(yè)大學28名學生和員工被教學用山羊布魯氏菌感染的事件[8-9]。有關實驗動物獲得性病原感染事件在國內外引起的實驗室生物安全事件在媒體和雜志上屢見報道。如何明忠等[10]2004年對實驗室感染流行性出血熱調查顯示，20世紀末全國各地實驗大鼠和工作人員進行流行性出血熱感染檢測的陽性率都非常高；2003年北京某實驗室在實驗操作過程中感染SARS病毒并引起一定范圍內傳染事件；2004年天津某醫(yī)院收治9位來自同一實驗室工作人員感染流行性出血熱病例[11]；2006年長春某高校中藥系實驗室76名實驗學生中發(fā)生10名感染流行性出血熱事件[12]；2009年法國食品衛(wèi)生安全署的科學家在實驗室中對動物病體進行實驗研究時，意外感染致命性炭疽病菌，受感染的5名人員被緊急隔離至醫(yī)院監(jiān)控以及治療[13]；2011年，芝加哥大學實驗室一研究員因實驗動物而引發(fā)皮膚感染蠟狀芽孢桿菌[14]。以上這些案例的發(fā)生表明實驗動物生物安全管理工作必須引起高度重視。本文以清華大學為例，對高校實驗動物生物安全管理模式進行了探究。

2清華大學在實驗動物安全管理方面的實踐經驗

隨著高校開展一流大學和一流學科（雙一流）的建設，生命科學、醫(yī)學和藥學等方面的科學研究也得到了快速發(fā)展[15-16]，從而對實驗動物相關的服務和管理提出了新的要求和挑戰(zhàn)。我校實驗動物中心（以下簡稱“動物中心”）作為學校15個校級平臺之一，始建于2007年，是我?！笆晃濉逼陂g重點建設的校級平臺。我們在分析總結國內外各單位的先進經驗的基礎上，作出了適用于我國高?？茖W研究實驗動物相關的探索和嘗試。動物中心現(xiàn)有一期動物設施建筑面積2900m2，2009年9月正式投入使用，小鼠IVC籠位2萬個、大鼠IVC籠位300個、家兔100籠位；二期動物設施建筑面積4700m2，2019年11月份投入使用，小鼠IVC籠位3.5萬個。目前為校內18個院系、近300個獨立實驗室的實驗動物研究項目提供技術服務保障。由于每天進出動物設施的工作人員和師生近600人次，因此做好實驗動物生物安全防疫工作至關重要。動物中心運行10年來，在學校實驗室管理處、生命科學學院、實驗動物使用與管理委員會（InstitutionalAnimalCareandUseCommittee，IACUC）和北京市實驗動物管理辦公室的指導下，動物中心的生物安全防疫工作管理制度逐步得到完善和落實，形成了一套嚴密的防止動物疫情發(fā)生和對動物進行醫(yī)護的管理制度。動物中心在實驗動物安全管理方面主要實施了以下6項有效措施。

2.1嚴把“入口關”，是預防實驗動物病原輸入的關鍵環(huán)節(jié)

所有實驗動物項目在開展前，必須經過IACUC的審閱和通過，賦予IACUC編號后才可以訂購動物，確保后續(xù)的動物實驗合理合法合規(guī)，得到穩(wěn)定準確的實驗結果，保障人員職業(yè)健康安全及實驗動物福利。10年來，動物中心使用的實驗動物種類較少，主要是實驗小鼠、大鼠、兔和豚鼠，其中小鼠占實驗動物使用量的95%以上，大鼠約占4%，其余為實驗兔和豚鼠。針對動物中心實驗動物來源及實驗目的，可以將實驗動物分為做短期實驗和需要長期繁育保種實驗兩大類。由于使用者對實驗動物的微生物和寄生蟲的質量及遺傳質量缺乏了解，對于做短期實驗的實驗動物，動物中心統(tǒng)一進行訂購和健康檢查。具體訂購實驗動物的原則是根據(jù)北京市實驗動物管理辦公室每半年公示的《實驗動物生產動物質量抽檢結果》和供應商的規(guī)模和行業(yè)口碑，遴選優(yōu)質的合格實驗動物供應商。在此基礎上，動物中心進一步要求候選供應商按時提交最新季度抽檢動物健康檢測報告。動物購入后，實驗小鼠、大鼠、兔和豚鼠需要經過具有一定資質的飼養(yǎng)管理人員和獸醫(yī)仔細觀察和記錄動物的精神狀態(tài)，然后適應性飼養(yǎng)至少3天，確保無異常情況發(fā)生后再開展動物實驗研究。對于引入需要長期保種繁育的實驗動物（如遺傳工程小鼠），首先要求引入機構提供至少最近3個月的哨兵鼠微生物和寄生蟲檢測質量報告。在這方面國外發(fā)達國家來源小鼠的機構一般都會給出供應動物所在設施、所在房間和所在籠架哨兵鼠至少最近3年的微生物和寄生蟲質量檢測情況，期間出現(xiàn)的微生物和寄生蟲感染情況都會列出，并提供設施的防疫管理程序。國外的檢測病原種類也比國內標準所要求的多。目前國內大部分機構對實驗動物設施缺乏這方面的報告，一般只給出設施中幾只小鼠送檢微生物和寄生蟲質量檢測結果，缺乏供應小鼠所在房間及籠架哨兵鼠的檢測結果，因此很難確定提供動物的真實健康狀況。對于外來需要長期繁育保種的小鼠，進入動物中心后將安排生物凈化，去除不符合國家SPF級要求的病原小鼠。動物中心設有基因工程小鼠繁育保種房間，所有動物中心以外來源的動物都必須經過胚胎移植或體外受精–胚胎移植的方式進行生物凈化后才能進入。動物中心為保障生物凈化受體用小鼠的質量，專門引進SPF級B6小鼠進行繁育，以此滿足實驗室對野生型B6小鼠的需求，避免外來動物帶來防疫的風險。10年來，小鼠微生物和寄生蟲檢測結果顯示，動物中心繁育供應的B6小鼠微生物和遺傳質量達到世界一流水平。此外，生物材料在實驗動物模型制作方面的廣泛應用也為實驗動物防疫安全提出挑戰(zhàn)。所以，在生物安全管理上要把控好各種來源的生物材料安全性檢測，防止存在人源或動物源傳染疾病病原在實驗動物上使用。現(xiàn)在人源化動物模型的制作和使用越來越受到更多研究者的關注。由于臨床來源的人腫瘤組織是生物材料中風險最大的，動物中心要求研究者要確認病人無傳染性疾病。其次是針對各種來源的可傳代的腫瘤細胞，動物中心要求提供檢測證明，排除支原體等病原。實驗動物研究項目在遞交申請時，涉及有害物質時要求詳細填寫危害和風險評估，以及出現(xiàn)污染后的應急處理方案等，為以后在項目執(zhí)行階段提供依據(jù)。

2.2嚴把“出口關”，是實驗動物生物安全和保障動物福利條件的需要

實驗動物尤其是嚙齒類實驗大鼠、小鼠從免疫學講都是免疫相對缺陷的，原因是實驗大鼠、小鼠從出生到安樂死都一直飼養(yǎng)在潔凈的屏障環(huán)境，沒有機會接觸到人獸共患病病原和動物烈性傳染性病原，也不對這些病原進行免疫。實驗室動物測試區(qū)若得不到有效的防護，很容易被環(huán)境和人的病原感染，形成病原的放大效應。研究者若需把實驗大鼠、小鼠移至屏障環(huán)境以外的實驗室的儀器設備中進行測試，必須通過IACUC的審查。同時，IACUC要求實驗室動物測試區(qū)有防止野生動物進入或實驗動物逃逸的措施，如門口設置擋鼠板，房間布置捕鼠籠、粘鼠板等。IACUC會授權動物中心獸醫(yī)定期和不定期對實驗室測試動物區(qū)域進行生物安全巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。測試后的實驗大鼠、小鼠不能再返回屏障設施，只能放置在屏障外區(qū)單獨設置的設施IVC內，以免動物因屏障外區(qū)不確定因素和測試材料給屏障環(huán)境帶來風險。在一期和二期建設中，動物中心都設置了屏障外實驗室測試實驗小鼠返回的潔凈飼養(yǎng)空間，可以短期內繼續(xù)進行實驗觀察，空間內設置獨立的送排風和獨立的通氣籠具飼養(yǎng)，這樣的設置把潛在的風險排除在屏障環(huán)境之外，避免其他屏障內動物受到影響。

2.3嚴把“屏障關”，保障實驗動物微生物質量的基本要求

飼養(yǎng)在屏障環(huán)境的實驗大鼠、小鼠對環(huán)境質量要求較高，因此對屏障環(huán)境的人流、物流、動物流、空氣流從硬件設計上要滿足各行其道、避免交叉。若硬件和空間不能滿足，需要從軟件管理等方面在時間上避免交叉操作。動物中心人員進出頻繁，每天進出屏障環(huán)境的工作人員和實驗人員近600人次，而人員又是屏障環(huán)境防疫安全較難控制的危險源。屏障入口設置門禁是動物設施常規(guī)配置，動物中心還對所有屏障環(huán)境的房間設置門禁。對申請進入動物中心開展動物實驗的人員和新入職的工作人員，要先通過培訓考核取得實驗動物從業(yè)人員崗位證書，再集中進行屏障設施使用前的培訓，并由專業(yè)人員講解和演示口罩、頭罩、手套等個人防護用品的穿戴順序，人員、物品、動物的流向，動物飼養(yǎng)籠使用以及實驗操作注意事項等。在開展動物實驗之前還要對實驗者進行動物實驗基本技能的培訓，包括動物如何抓取固定等基本操作，以減少后續(xù)在獨立操作中被動物咬傷的幾率。另外，對無菌手術操作也需要進行培訓和技術指導。獸醫(yī)在屏障設施內巡查工作，對實驗者在后期的動物實驗操作中出現(xiàn)的問題會進行及時糾錯，以保證將人員危險因素降低到最小。實驗人員所攜帶的動物實驗材料也是“屏障關”較難控制的方面，實驗材料進入屏障主要通道是傳遞窗。傳遞窗紫外線殺菌的有效率比較低，紫外線照射時間一般要求15min以上才能達到殺菌效果。而實驗人員有時會因為等待時間太長而強行開門取出物料。為根除隱患，動物中心將傳遞窗全部更換通量更高的氙光燈，將照射時間縮短到3min，測試殺菌效果可達到93%以上。對常用的實驗材料（如注射器、離心管、棉簽等）高壓滅菌后免費供應實驗人員使用。對于難以消毒滅菌的實驗記錄本禁止傳入，在屏障內配置聯(lián)網計算機和打印機，實驗者可以下載實驗數(shù)據(jù)表打印，記錄數(shù)據(jù)后存入計算機，紙張帶回實驗室保存。其他常規(guī)循環(huán)使用的籠具、清潔用品等要使用脈動高壓滅菌鍋121℃，20min滅菌后使用。動物飲水采用反滲透膜過濾、紫外照射殺菌和定時臭氧消毒的方式保持無菌狀態(tài)，使用自動灌瓶機減少人為帶來的污染，達到抑制水中細菌和真菌滋生的目的。罐裝水瓶存放有效時間不超過7天。動物中心在二期動物設施采用自動飲水系統(tǒng)，完全封閉且達到無菌狀態(tài)，對動物質量起到更好的支撐作用。除嚴把動物“入口關”外，對屏障內的動物根據(jù)防疫級別分級控制，比如動物中心繁育小鼠的房間設置為最高微生物控制級別，其次是動物中心代管的基因工程小鼠房間，再次是實驗人員自己繁育保種的基因工程小鼠房間，再低的是從繁育房間取出的小鼠進行測試實驗的房間，從供應商來源的小鼠測試房間或從其他機構來源的小鼠防疫級別設置最低。人員流向、動物流向、物料流向都要嚴格按照從高到低，絕對禁止逆向流動，若再進入防疫更高級別的房間要隔離至少24h。

2.4嚴把“監(jiān)測關”，監(jiān)測實驗動物微生物和寄生蟲狀況，為穩(wěn)定實驗結果提供保障

實驗動物微生物和寄生蟲質量的影響因素非常復雜，不同的病原傳播途徑也不盡相同，因此要定期對屏障環(huán)境控制的效果進行評價。在飼養(yǎng)籠架設置墊料接觸型哨兵鼠，定期對哨兵鼠進行檢測是嚙齒類動物生產和使用設施常規(guī)采用的病原檢測方式。動物中心對小鼠微生物檢測的病原種類比國家SPF級標準要求的更多，與國際一流實驗室的檢測項目基本一致，目的是保障我校的實驗動物質量達到國際一流水平，為高水平科學研究提供保障，為實驗結果的穩(wěn)定性和一致性提供堅實的基礎。動物中心將自己保種生產的B6與CBA雜交一代作為哨兵鼠，此鼠所有需要排除的病原均為陰性。每周換籠時從所在檢測籠架每一個籠盒內用鑷子取一撮臟墊料集中在一起作為哨兵鼠的墊料，臟墊料接觸至少8周后進行第三方檢測和自檢。對于檢測結果陽性的哨兵鼠，需要進一步對所在籠架進行抽查，最終確定病原感染籠盒，并進行隔離，安排生物凈化或淘汰。對于發(fā)現(xiàn)的疑似感染動物，要緊急進行隔離，做好接觸環(huán)境和飼養(yǎng)籠具的徹底消毒，做到早發(fā)現(xiàn)、早隔離、早凈化，防止污染、防止進一步擴散。

2.5嚴把“醫(yī)護關”，確保動物實驗項目順利開展和保障動物福利

實驗動物在實驗過程中由于建立模型操作和受環(huán)境因素的影響可能會出現(xiàn)健康問題，特別要高度重視疑似微生物感染，因為微生物感染所造成的健康問題存在感染其他動物和人的風險。動物中心現(xiàn)有小鼠籠位2萬多籠，很難實施獸醫(yī)每天的巡查。因此，有效的方案是：獸醫(yī)培訓實驗人員和飼養(yǎng)工作人員識別動物健康狀況，出現(xiàn)緊急情況時，如發(fā)現(xiàn)動物死亡或瀕臨死亡、大面積皮膚外傷等，須及時向獸醫(yī)報告。其他一些非緊急的動物健康問題使用紅色的獸醫(yī)照料特殊籠牌記錄，獸醫(yī)重點巡查紅牌籠盒的動物狀況。此舉極大地提高了動物醫(yī)護效率。對緊急的動物健康問題，遵照生物安全操作流程，對接觸環(huán)境進行消毒處置，將動物進行隔離檢疫，對死亡或瀕死動物在生物安全柜進行剖檢。剖檢流程主要是進行體表觀察、采血檢測、大體解剖、病變器官組織取樣切片診斷。由主治獸醫(yī)初步診斷，寫剖檢報告，提交給實驗者。對巡檢出現(xiàn)的問題，由獸醫(yī)現(xiàn)場指導實驗人員進行護理。對于死亡的動物尸體或者實驗剩余的動物器官樣本，則嚴格按照醫(yī)療廢棄物處理辦法，由專門持有資質的醫(yī)療廢物處理機構進行處理[15,17]。獸醫(yī)每周的巡檢，將獸醫(yī)診斷和照片匯總后郵件發(fā)給相應的實驗者和實驗室負責人，做出進一步的處置。IACUC授權獸醫(yī)對出現(xiàn)健康問題的動物進行處置，確保動物得到及時的醫(yī)護，疑似傳染性疾病得到及時的控制。

2.6嚴把“技術關”，確保動物中心專業(yè)技術服務支撐水平達到世界一流

技術高水平、服務高效率的人才隊伍建設是動物中心良性發(fā)展的基礎，因此動物中心十分重視人才隊伍的培養(yǎng)。在學校實驗室管理處及生命學科校級平臺的共同支持下，建立了多項人員考核制度，實施趨同化管理，基本做到了人員穩(wěn)定，核心技術人員不流失。為了能保證實驗動物專業(yè)技術服務水平達到世界一流，動物中心每年對技術員提供不少于兩次的行業(yè)內技術交流及培訓。核心技術人員參加國際交流和實驗動物專業(yè)技術學習培訓，不斷更新知識，增強再學習能力，保持核心競爭力。

3結語

安全無小事，實驗室獲得性病原體傳播屬重大公共安全事件，其發(fā)生更是因為隱蔽性強、傳播快、范圍廣，發(fā)現(xiàn)和檢測具有延遲性等特點，容易引起人們的恐慌心理，因此做好實驗動物各種生物安全風險的評估，制定生物安全防范的措施和嚴格的監(jiān)管制度顯得尤為重要。動物中心雖起步較晚，但提速較快。運行10年來，實驗動物生物安全預防措施和監(jiān)管得到了學校實驗室管理處、生命科學學院、IACUC和北京市實驗動物管理辦公室的悉心指導和幫助，各項實驗動物生物安全防疫工作管理制度逐步得到完善和落實，形成了一套具有學校特點、嚴密的防止動物疫情發(fā)生和對動物進行醫(yī)護的管理制度和有效措施。動物中心也將根據(jù)實驗動物研究的發(fā)展，進一步提升有效的生物安全應急預案和預防措施，防患于未然，對緊急發(fā)生的生物安全問題及時控制，提升人員職業(yè)健康保護和對動物健康問題的診斷和醫(yī)護能力。經過10年的發(fā)展，動物中心已成為全國較為有影響力的實驗動物專業(yè)技術服務支撐平臺，其設施設備投入、團隊建設和管理運行模式等正在引領國內高校和研究機構實驗動物質量的進一步發(fā)展。資源合作共享、經驗交流互通，在建設世界一流大學的征程上，實驗動物中心也按照世界一流的實驗動物研究設施要求，全面提升實驗動物專業(yè)技術服務水平和科研支撐能力，助力學校生醫(yī)藥等交叉學科研究水平的快速健康發(fā)展。做好實驗動物防疫工作，實現(xiàn)安全管理，才能保障動物相關教學、科研有條不紊地進行。希望我們的探索和嘗試可為其他高校實驗動物的生物安全管理提供參考和借鑒，互相學習，共同提高。

作者：謝忠忱 江軼 黃開勝 艾德生 吳丹 單位：清華大學