【评价原理】
半数致死浓度(LC50)是指在动物急性毒性实验中,使受试动物半数死亡的毒性浓度。在比较各种污染物的毒性,不同种或不同发育阶段的动物对污染物的敏感性以及环境因素对毒性影响等方面的研究中,都以LC50为依据。常规急性毒性实验常采用啮齿类和非啮齿类动物进行,能较准确地反映药物的安全性,但实验周期一般较长,药物用量较大。用斑马鱼胚胎检验药物急性毒性,具有体积小,成本低,易于饲养,重复性好,便于观察,繁殖周期短,繁殖频率高,给药方式简单等诸多优点,因此它是一种理想的试验模型,用以确定药物暴露在胚胎中的毒性效应,评价药物半数致死浓度。
根据实验终点斑马鱼的死亡率,通过使用OriginPro 8.0统计学软件,拟合半数致死浓度。
【实验方案】
我们将供试品设置一系列浓度,并设置一个正常对照组。同时设置3个生物学重复。药物通过溶解到养鱼用水中或灌胃的方式摄入到斑马鱼体内进行3天的暴露实验。
每天观察记录斑马鱼死亡情况,药物处理结束后,统计各实验组的斑马鱼致死率,使用OriginPro 8.0统计学软件绘制最佳的剂量效应曲线,并计算LC50。
【结果展示】
图1. 斑马鱼“浓度-死亡率”效应曲线
可以看到,利用OriginPro 8.0软件模拟得出药物LC50=8.0 μg/mL。
【评价结论】
1.根据药物“浓度-死亡率”的统计数据,利用OriginPro 8.0软件模拟得出药物的LC50=8.0 μg/mL。
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【评价原理】
斑马鱼的鳔从器官进化、组织结构以及生物学等多个层面都类似于哺乳动物的肺泡。我们与浙江大学公共卫生学院从事慢阻肺研究的团队合作,进行鱼鳔损伤模型与肺损伤相关性研究。我们发现细微颗粒、细菌、肿瘤细胞以及肺炎患者的灌洗液都会引起斑马鱼鳔损伤,产生严重的炎症反应,甚至导致斑马鱼鳔破裂。通过我们所做的机制方面的研究及实验证明,斑马鱼模型可以作为急性肺损伤研究的新模型,进而可以用于肺损伤治疗或者预防的有关药物的筛选。
(1)细菌性肺炎:注射给予LPS建立斑马鱼肺炎模型。LPS是脂质和多糖的复合物,来源于革兰氏阴性菌细胞壁的外膜,是内毒素的主要成分。接触一定量的LPS会引起机体支气管炎、肺炎、肝炎及脂多糖血症。
(2)病毒性肺炎:注射给予聚肌胞——poly(i:c)建立斑马鱼肺炎模型。poly(i:c)的双链RNA结构非常类似于病毒或病毒复制过程中形成的双链RNA,所以poly(i:c)类似某些病毒,具有很强的干扰素诱生作用。
通过使用转基因中性粒细胞绿色荧光斑马鱼,在荧光显微镜下可以直接观察斑马鱼中性粒细胞,使用实时荧光定量PCR仪可获得基因表达水平,通过制作组织病理切片观察斑马鱼鱼鳔部位的病理结构变化。
【实验方案】
(1)我们将受测试斑马鱼分成三组,分别是正常对照组、模型对照组和抗肺炎药物组。其中,模型对照组与抗肺炎药物都注射了等量的LPS建立肺炎模型。抗肺炎药物在注射了LPS的同时摄入吲哚美辛之类的抗肺炎药物。
(2)我们将受测试斑马鱼分成三组,分别是正常对照组、模型对照组和抗肺炎药物组。其中,模型对照组与抗肺炎药物都注射了等量的聚肌胞——poly(i:c)建立肺炎模型。抗肺炎药物在注射了poly(i:c)的同时摄入吲哚美辛之类的抗肺炎药物。
服用一段时间抗肺炎药物后,我们在荧光显微镜下拍摄斑马鱼中性粒细胞,用实时荧光定量PCR仪检测TNF-α、IL-1β值,同时制作成病理切片观察鱼鳔部位的病理结构变化。
【结果展示】
图1. 斑马鱼中性粒表型图
黄色虚线区域为鱼鳔,绿色荧光颗粒为中性粒细胞
可以看到,服用抗肺炎药物组斑马鱼鱼鳔位置处的中性粒细胞与正常对照组相似,未出现模型对照组中性粒细胞明显增多的情况。
图2. TNF-α、IL-1β基因表达水平
与模型对照组比较,***p < 0.001
可以看到,服用抗肺炎药物组斑马鱼的炎症基因表达水平与正常对照组较为接近,未出现模型对照组炎症基因的表达水平明显升高的情况。
图3. 鱼鳔部位病理切片
从病理切片中也能看出来,服用抗肺炎药物组斑马鱼鱼鳔病理结构与正常对照组相似,未出现模型对照组渗入的中性粒细胞数的情况。
【评价结论】
1.经过每组30尾斑马鱼的对比实验,服用抗肺炎药物在中性粒细胞、炎症基因表达和病理结构均与正常对照组相似,未出现模型对照组的中性粒细胞数显著增加炎症基因表达水平明显升高和病理出现中性粒细胞渗出的情况。
2.本实验证实了吲哚美辛具有显著的防治肺炎作用。
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【评价原理】
斑马鱼消化道的解剖结构、组织细胞形态与人类消化道相似,具有内皮、结缔组织、环状肌肉和外纵肌层。斑马鱼发育至5 dpf时,其消化道即出现了自发有节奏的肌肉收缩活动。经过喂食不被吸收的特异性荧光材料尼罗红,可以明显的观察到被鱼吃进去的荧光染料,以胃肠道尼罗红的量(荧光强度)为指标,若供试品有胃肠动力抑制作用,则胃肠道内尼罗红无法排出,堆积的尼罗红的量增加,胃肠道荧光强度明显变亮。
【实验方案】
我们先给斑马鱼喂饲特异性荧光材料尼罗红,然后将受测试斑马鱼分成2组,分别是正常对照组、胃肠动力抑制剂组。服用一段时间胃肠动力抑制剂后,我们在荧光显微镜下观察斑马鱼胃肠道荧光强度。
【结果展示】
图1. 斑马鱼胃肠道荧光强度表型图
可以看到,服用胃肠动力抑制剂斑马鱼的胃肠道荧光强度明显比正常对照组亮。
【评价结论】
1.经过每组30尾斑马鱼的对比实验,服用胃肠动力抑制剂斑马鱼的胃肠道荧光强度明显比正常对照组亮。
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【评价原理】
关节软骨受到急性外伤和慢性磨损,出现不同程度的损伤,导致关节疼痛、活动受限,甚至功能丧失。关节软骨的修复主要靠软骨细胞的增殖分化,生产足够的细胞外基质修复软骨缺损。人软骨细胞通常是静止的,血管化程度低,营养主要来源于关节液和软骨下骨,修复再生则显得十分有限,需要外源性的手段来辅助修复。地塞米松破坏软骨细胞的代谢平衡,引起软骨细胞的死亡或凋亡,从而引起软骨损伤。斑马鱼的骨骼发育与其他脊椎动物骨骼发育过程极其相似,因此,可用于软骨修复功效评价。
斑马鱼的软骨主要分布于头部,包括七对咽颅软骨弓(下颌弓、舌弓及五对鳃弓)和脑颅软骨。基于转基因软骨荧光斑马鱼特性,患有软骨损伤的斑马鱼的软骨荧光强度会明显比正常斑马鱼的软骨荧光强度要暗很多,可以明显被观察到。
【实验方案】
我们将受测试软骨荧光斑马鱼分成三组,分别是正常对照组、模型对照组和软骨修复产品组。其中正常对照组未摄入地塞米松,模型对照组与服用软骨修复产品组都摄入了等量的地塞米松(地塞米松通过溶解到养鱼用水中的方式摄入到斑马鱼体内)。服用软骨修复产品组在摄入地塞米松的同时摄入硫酸软骨素之类的软骨修复产品。
服用一段时间软骨修复产品后,我们观察软骨荧光的变化。
【结果展示】
图1. 斑马鱼软骨表型图
绿色荧光为斑马鱼头部软骨
可以看到,服用软骨修复产品组的软骨情况与未摄入地塞米松的正常对照组比较相似,没有明显的软骨损伤。
【评价结论】
1.经过每组30尾斑马鱼的对比实验,服用软骨修复产品组的软骨情况与未摄入地塞米松的正常对照组相似,并未出现模型对照组的软骨损伤的情况。
2.本实验证实了硫酸软骨素具有明显软骨修复功效。
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【评价原理】
帕金森病是一种影响运动能力的退行性神经系统疾病,一般认为与黑质纹状体的多巴胺能通路破坏有关。中脑黑质多巴胺能神经元大量死亡可导致多巴胺减少,不能正常传递运动信号,乙酰胆碱功能也相对增强,导致帕金森患者出现静止性震颤和肌肉僵直等典型的运动症状。斑马鱼由于体积小、胚胎和早期幼鱼透明、神经系统在胚胎发育4天时就已发育成熟,在胚胎时期就能观察到完整的中枢神经系统。斑马鱼胚胎透明,能观察到多巴胺长投射纤维在脑和脊髓的分布,对帕金森病的发病机制研究有重要作用。6-OHDA是一种能有效导致多巴胺神经元变性的神经毒剂,广泛用于动物帕金森模型。诺米芬辛是4一氢异喹啉衍化的三环类化合物,它抑制多巴胺及NA的摄取,主要是通过抑制多巴胺转运体对生物体起作用。
经过行为学分析仪,患有帕金森病的斑马鱼的运动距离明显减少;经过免疫组化染色,患有帕金森病的斑马鱼多巴胺神经元面积明显减少。
【实验方案】
我们将受测试斑马鱼分成三组,分别是正常对照组、模型对照组和服用帕金森病治疗药物组。其中正常对照组未经任何处理,模型对照组与阳性对照组都摄入了等量的6-OHDA(6-OHDA通过溶解到养鱼用水中的方式摄入到斑马鱼体内)。帕金森病治疗药物组在摄入6-OHDA的同时摄入诺米芬新之类的帕金森治疗药物。
服用一段时间帕金森治疗药物后,我们用行为学分析仪测定斑马鱼的运动总距离,并对斑马鱼体内多巴胺神经元进行免疫组化染色,分析多巴胺神经元面积变化。
【结果展示】
图1. 各实验组斑马鱼运动总运动距离
与模型对照组比较,*p< 0.05
可以看到,模型对照组斑马鱼的运动总距离与正常对照组相比明显减少,帕金森病治疗药物组的运动总距离与正常对照组较相似,没有明显的减少。
图2. 帕金森病多巴胺神经元免疫组化染色
黄色区域为定量区域
可以看到,模型对照组的多巴胺神经元面积与正常对照组相比明显减小,帕金森病治疗药物组的多巴胺神经元面积与正常对照组比较相似,没有明显的减小。
【评价结论】
1.经过每组30尾斑马鱼的对比实验,服用帕金森病治疗药物组的运动总距离、多巴胺神经元面积与正常对照组相似,并未出现模型对照组运动总距离明显减少和多巴胺神经元面积明显减小的情况。
2.本实验证实了诺米芬新具有防治帕金森病的作用。
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【评价原理】
斑马鱼的听觉外侧系统由内耳和侧线两个关键的感觉结构组成,斑马鱼具有典型的内耳结构,内耳的毛细胞和侧线的毛细胞在结构功能及分子水平上与哺乳动物的内耳毛细胞非常相似,包括对耳毒性药物的相似反应。
经过特异性荧光染色(呈绿色),听力损伤的斑马鱼比正常斑马鱼毛细胞明显减少或缺失(荧光减弱或者消失)。
【实验方案】
我们将受测试斑马鱼分成两组,分别是正常对照和服用/注射供试品组(供试品通过溶解到养鱼用水中或注射的方式摄入到斑马鱼体内)。
服用/注射药物一段时间后,我们对斑马鱼整体做毛细胞特异性染色,观察毛细胞的变化。
【结果展示】
图1. 斑马鱼毛细胞表型图
绿色荧光颗粒为毛细胞
可以看到,服用/注射供试品组斑马鱼毛细胞减少。
【评价结论】
1.经过每组30尾斑马鱼的对比实验,服用/注射供试品组的斑马鱼毛细胞明显减少,与正常对照组存在明显的差别。
2.本实验证实了该供试品对斑马鱼有听毒性。
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【评价原理】
毛蕊异黄酮,作为从黄芪中分离得到的异黄酮类成分已被证明了其具有促血管新生的活性,其表现为促进斑马鱼胚胎肠下血管增粗,诱导血管及血管之间的交联的形成。斑马鱼心血管系统在分子信号通路上与人和哺乳动物的同源性达到85%以上,近年来斑马鱼广泛地应用于心血管疾病研究领域。我们评价血管形成促进功效的指标为肠下血管面积。
【实验方案】
我们将受测试斑马鱼分成二组,分别是正常对照组和服用促血管形成剂组。其中正常对照组不做任何处理。服用促血管形成剂组加入毛蕊异黄酮之类的促血管形成剂。服用药物一段时间后在荧光显微镜下分析斑马鱼肠下血管面积。
【结果展示】
图1. 斑马鱼肠下血管面积表型图
黄色虚线区域为肠下分析区域
可以看到,服用促血管形成剂组的肠下血管面积与正常对照组比较明显变大。
【评价结论】
1.经过每组30尾斑马鱼的对比实验,服用促血管形成剂组斑马鱼与正常对照组比较,肠下血管面积明显变大。
2.本实验证实了毛蕊异黄酮之类的药物具有显著的血管形成促进作用。
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