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實驗動物居住事典 (3) 特殊房型ー隔離操作箱

現在大家聽到「隔離」,應該都會聯想到「感染性疾病高風險群」與「行動不自由」等負面的印象。但你知道嗎? 在實驗動物設施當中有一種特殊房型ー隔離操作箱,反倒是讓人聯想到高級房型和珍貴品系,因為隔離操作箱的技術門檻要求非常的高,在實驗鼠各項試驗領域練等打怪的過程中,是一種少見的裝備及不易獲得成就點的技能。

「隔離」其實有雙重的意義,危險的來源要防護,需要隔離;重要的東西要保護,也需要隔離,「隔離操作箱」,顧名思義就是一種用來「隔離」的工具,當它被設定成防護模式時,可以用於檢疫,功能就像醫院的負壓隔離病房;當它被設定成保護模式時,則可以用於維持珍貴但脆弱的動物,功能則是像新生兒保溫箱一樣。動物專用的隔離操作箱與其說是「箱」,實體更像是一個包住實驗動物們的「大泡泡」,牠們從住進去的那一刻起,所有的吃喝拉撒睡都在裡面,住好住滿、完成階段性任務才會離開。

從隔離操作箱發明的歷史來看,第一個住客是一種非常特別的實驗動物- 無菌鼠 (germfree mice)。這種小鼠全身上下沒有一隻細菌存在,包括皮膚和糞便。可想而知,他們的居住環境也必須達到完全無菌的狀態。因此,在動物入住之前,技術人員要先將箱內空間徹底的消毒,透過微生物檢測確認箱內完全無菌,再將經由高效過濾罐過濾,達到無菌狀態的空氣送入泡泡裡面,建立空氣循環。由於整個隔離空間是密閉的,如何將動物的生活必需品送進箱內,不能弄破泡泡,還要維持無菌狀態,就是一項大學問了。技術人員其實不能直接接觸箱內的物品或動物,所有操作得靠著一雙連接在泡泡一側的大手套來進行,所有進入箱內的物品都要經過嚴格的微生物管控,任何一隻細菌或病毒都不能放行。這種操作模式,光用想的,應該就夠讓研究人員頭皮發麻了吧。

▲ 國家實驗動物中心隔離操作箱,技術人員有時候像度假小屋的專屬管家,透過手套進行房務清潔,幫實驗鼠換飼料、墊料及水瓶;有時候像各式客房服務人員,在泡泡內進行各項技術操作。

是誰住在隔離的泡泡裡?

這麼費工的房型,裡面當然住著最頂級的房客。前面提到的無菌鼠就是其中的VVIP等級。近年來隨著精準醫療及腸道菌研究的蓬勃發展,科學家們利用無菌鼠來進一步探索腸道菌與基因、疾病、腫瘤、行為、飲食及藥物等不同因子之間的關係。無菌鼠本身其實並不健康,欠缺腸道菌的他們盲腸腫大、腸絨毛變薄,免疫系統也不正常。但若是給予特定的腸道菌,則可以改善這些狀況,利用無菌鼠,科學家發現了很多腸道內的「好菌」,現在常見於各種保健食品及優酪乳中,最有名的就是嗜酸性乳酸菌(Lactobacillus Acidophilus 即一般所稱的『A菌』)和比菲德氏菌(Bifidus,即一般所稱的『B菌』。我想應該大家都吃過吧!

隔離操作箱若是做為檢疫過程中一種隔離房型,需要調整箱內氣壓成為負壓狀態,避免感染設施內的其他動物甚至感染人。檢疫隔離房型不但能提供待檢疫的鼠房客做為集中檢疫所。當實驗鼠來自疫區(有病原感染的設施),或是準備進行傳染病研究時,都可以做為隔離實驗的場所,提供科學家一個較安全的操作環境。

左為負壓隔離操作箱,空氣由外向內擠壓,可見泡泡周邊內凹,需要靠著周圍層架支撐泡泡主體;右為正壓隔離操作箱,空氣由內向外推擠,可見泡泡周邊鼓起,可直接放置桌面或是層架中,無須外力支撐。

裝備因技能而完整-帝王切開術(cesarean section)

環境中存在各式各樣的微生物,要如何產生無菌鼠呢?答案其實很簡單,就是「剖腹產」,若是用文謅謅的術語來說,則叫做「帝王切開術」。由於子宮內是無菌的狀態,將臨分娩前的懷孕母鼠,以剖腹產的概念,將自子宮取出的鼠寶寶移到隔離操作箱內交給無菌的奶媽哺育,等到鼠寶寶夠大了、斷奶之後,會從奶媽身上採樣,進行微生物檢測,在體內或體外皆檢驗不出任何微生物和寄生蟲,就可以確認鼠寶寶無菌化成功,這一整套過程大約需要34個月。理論上,朝夕相處的母嬰身上,帶有的微生物菌相會相互流通,因此,檢測奶媽的結果就等同鼠寶寶的結果。看到這,你是不是有聯想到剖腹產的嬰兒和自然產的嬰兒腸道菌相會不會不同?答案是會!剖腹產的嬰兒因為沒有在第一時間接觸媽媽的產道菌、腸道菌,腸內的壞菌比較多,通常需要花一段時間才能藉由和媽媽的接觸重建腸道菌相,增加好菌比例。

糞便菌叢移植(fecal microbiota transplant, FMT)

「樹頭站乎在,毋驚樹尾做風颱」,腸道菌就像是厘語中的樹頭一樣,許多國際期刊皆有研究報導指出,外在的行為、體態表現,或是疾病與用藥的發展進程都可能受到腸道菌的影響。例如吃進一樣多的食物、一樣多的熱量,有人變胖、有人維持;一樣的感冒症狀、吃一樣的藥,有人好轉、有人不見起色。因此當各項研究在克服技術問題後仍遇到瓶頸時,往往會重新檢視是否是腸道菌在作怪,這時候就需要隔離操作箱及糞便菌叢移植技術支援了。糞便菌叢移植直白的說就是「吃大便」,有新鮮直送,也有透過特殊處理過濾雜質的。利用無菌鼠作為載體,餵食研究對象的便便,透過管餵的方式移植,讓無菌鼠體內帶有特定菌相,有時是某單一或數種的已知菌,或是重現某一人或鼠的腸道菌相,後續再進行藥物試驗或是行為觀察。

頂級團隊的頂級服務

隔離操作箱與相關應用技術一直是支持多元生醫研究的好幫手,光是準備設備內的無菌環境就需要大約1個月的時間,過程中任何一個細節出了問題,就有可能前功盡棄。國研院動物中心在2003年自日本中央動物研究所(CIEA)引進這項技術時,也經歷重重困難才建立成功,成為亞洲第二個擁有這項技術的單位。在隔離操作箱內操作實驗,就好比戴了3層以上的洗碗手套再拿縫衣針縫衣服,非常困難,技術人員的養成更是無法一蹴可幾。因此才會說,隔離操作箱是名副其實的實驗鼠界VIP房型! 不過,要找這類型的頂級服務,建議不要自己輕易嘗試,還是讓專業的來吧!