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动物模型建立详细方法第二期|脓毒症模型
发布时间:2025-10-15 发布者: 浏览次数:

动物模型建立详细方法第二期|脓毒症模型

ScienceBench Science Bench
2025年09月11日 18:09
引言:

深夜的ICU,监护仪的警报声是世界上最刺耳的声音。医生们围在一个病人身边,面色凝重。他因一场小小的感染而入院,如今却全身多个器官功能衰竭——他患上了脓毒症(Sepsis)。这是一种由感染引起的、失控的机体免疫反应,是导致重症患者死亡的最主要原因之一。

为了赢得这场与死神的赛跑,科学家们必须深入理解脓毒症复杂的发病机制,并测试潜在的治疗方法。但他们无法直接在危重病人身上进行实验。于是,各种各样的脓毒症模型(Sepsis Models) 便成为了他们手中不可或缺的“作战地图”和“演练场”。


一、 什么是脓毒症?为什么我们需要模型?

简单来说,脓毒症不是某种特定的病菌,而是你的免疫系统在对抗感染时“杀红了眼”,敌我不分,过度攻击自身器官的结果。这就像一场森林大火,最初可能只是一个小火苗(局部感染),但救火队员(免疫系统)反应过激,使用了过多的炸药(炎症因子),最终火势失控,烧毁了整片森林(多器官功能障碍)。

正因为其过程极其复杂,涉及炎症、抗炎、凝血、神经内分泌调节等多个系统,任何一个单一药物都难以起效。因此,我们必须借助模型来:

  1. 模拟疾病过程:在可控的条件下重现脓毒症的发生发展。

  2. 探索发病机制:研究到底是哪些细胞和分子在“兴风作浪”。

  3. 筛选潜在药物:在进入临床前,评估成千上万种化合物的有效性。

  4. 制定治疗策略:例如,什么样的液体复苏、抗生素方案最有效。


二、 核心战场:四大类脓毒症模型详解

科学家们主要建立了四类模型来模拟人类脓毒症,它们各有优劣,如同不同的兵种,协同作战。

1. 体内模型(In Vivo Models):最经典的“动物战场”

这是最常用、最传统的模型,主要在小鼠、大鼠、猪等动物身上进行。

  • 盲肠结扎穿孔术(CLP)—— “金标准”模型

    • 怎么操作:通过手术将动物的盲肠(cecum)结扎一段,然后用针穿刺穿孔,让粪便和细菌流入腹腔,引发腹膜炎和全身性脓毒症。

    • 为什么好:它最接近临床实际情况。感染源持续存在(类似阑尾穿孔的病人),病情会经历从早期炎症到晚期免疫抑制的完整过程,死亡率可控,重复性好。

    • 缺点:手术操作技术性强,结果的均一性对操作者依赖高。

      脓毒症模型构建_动物实验外包公司_普拉特泽生物

  • 内毒素血症模型(LPS Challenge)—— “风暴模拟器”

    • 怎么操作:给动物直接注射高剂量的细菌脂多糖(LPS),它是革兰氏阴性菌细胞壁的成分,是强大的炎症触发剂。

    • 为什么好:操作简单、重复性极佳、成本低。它能完美模拟脓毒症的早期“炎症风暴”,适用于研究急性炎症反应。

    • 缺点过于剧烈和单一。真实的脓毒症是多种病原、多种毒素共同作用的结果,且缺乏一个持续的感染灶。因此,它更像是一场“模拟爆炸”而非“真实火灾”。

  • 细菌直接输注模型—— “精准投放”

    • 怎么操作:直接从静脉或腹腔注射一定量的活菌(如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌)。

    • 为什么好:可以精确控制细菌的种类和数量,适用于研究特定病原体引起的脓毒症。

    • 缺点:身体清除血液中细菌的能力很强,往往无法形成持续的感染状态,病情可能迅速消退。

2. 体外模型(In Vitro Models):细胞水平的“微观战场”

在培养皿中进行,主要用于机制研究。

  • 细胞培养模型:用LPS或细菌刺激免疫细胞(如巨噬细胞),观察它们会分泌哪些炎症因子(TNF-α, IL-6等),以及药物能否抑制这种分泌。

  • 器官芯片(Organs-on-a-Chip):这是一种前沿技术!在微流控芯片上培养不同的人体细胞,模拟微小的人体器官(如肺芯片、肝芯片),甚至连接起来形成“多器官芯片”,用来研究脓毒症中器官间的对话和影响。

3. 离体模型(Ex Vivo Models):人与动物之间的“桥梁”

  • 怎么操作:取健康人或动物捐献的血液,在体外用LPS或细菌刺激,模拟全身的免疫反应。

  • 为什么好直接涉及人类免疫系统,避免了物种差异,伦理问题较少。非常适合筛选针对人体免疫细胞的药物。

4. 计算机模型(In Silico Models):大数据与AI的“数字战场”

  • 怎么操作:利用数学公式和算法,整合海量的临床数据和生物学知识,在电脑中构建一个虚拟的“数字病人”。

  • 为什么好:可以无限次、无伦理约束地模拟各种治疗场景,预测疾病走向,实现个性化医疗。例如,输入一个虚拟病人的年龄、感染参数,模型可以预测他发生器官衰竭的概率。


三、 挑战与未来:没有完美的模型,只有不断进化的科学

尽管我们有这么多模型,但没有一个模型能完全复制人类脓毒症的所有特征。这就是所谓的“翻译鸿沟”(Translational Gap)——许多在动物模型上效果显著的药物,在人体临床试验中却纷纷失败。

原因在于:

  • 物种差异:小鼠和人的免疫系统存在巨大区别。

  • 患者异质性:每个脓毒症患者的病因、基因背景、身体状况都不同,而实验室动物几乎是“克隆”出来的。

  • 并发症:真实患者常有糖尿病、心脏病等基础病,模型难以模拟。

未来的方向是:

  1. 人性化模型:给小鼠移植人类免疫细胞,制造“人源化”小鼠。

  2. 多模型整合:不依赖单一模型,而是结合CLP、体外细胞实验和计算机模拟,交叉验证结论。

  3. 聚焦免疫抑制期:过去研究重在抗炎,现在发现脓毒症后期患者处于“免疫瘫痪”状态,更容易被二次感染,针对这一阶段的模型是研究新热点。


结语:

脓毒症模型,是科学家在黑暗中点燃的火把。它们或许光线微弱,无法照亮整个迷宫,但正是凭借这一点点光亮,我们才得以一步步逼近真相,最终为那些在ICU中挣扎的生命,找到更多生的希望。

每一次手术刀下的结扎,每一次培养皿中的刺激,每一次电脑屏幕上的模拟,都是对生命的一次庄严致敬。科学之路漫漫,但每一点进步,都意义非凡。

谨以此文,献给所有与脓毒症抗争的患者、家属和医务科研工作者。


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