深化免疫学实验教学改革 培养创新型人才*

◆姜丹 王飞 孟令军 张洋 刘洋 刘艳 孟庆繁

深化免疫学实验教学改革 培养创新型人才*

◆姜丹 王飞 孟令军 张洋 刘洋 刘艳 孟庆繁

免疫学实验是生物学实验教学的重要组成部分，是本科生获得免疫学知识和加深对理论知识理解的重要途径。根据免疫学实验教学特点，通过整合实验教学内容、统筹安排实验时间，并以多克隆抗体制备实验为例，改进实验方案，使学生在实验教学过程中多角度、多层次理解实验原理和操作过程，在有限时间内掌握更多的实验技术，提高实验成功率，从而培养学生创新能力、综合分析问题解决问题的能力，以及缜密的科学思维和团队协作意识，提高实验教学质量。

免疫学实验；教学改革；实验教学

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.12.129

1　前言

免疫学是生命科学领域中重要的基础课程。免疫学实验课既是理论课程的验证和补充，又是培养学生创新能力、独立思考能力、分析解决问题能力的重要手段［1］。如何使本科生通过免疫学实验课程增加对理论知识的理解，在较短时间内掌握更多、更前沿的免疫学实验技术，是目前免疫学实验教学的突出问题。

结合免疫学实验课的教学特点，笔者经过几年的探索和实践，在实验教学中进行了一系列改革工作，优化整合了实验教学内容，统筹安排实验教学时间，改进实验设计方案，使学生得到更多的独立动手机会，提高其独立思考分析解决问题的能力，使免疫学实验的教学水平和效果都得到很大程度的提高。

2　整合与优化实验教学内容

吉林大学国家级生物基础实验教学示范中心（以下简称“中心”）始终围绕以提高人才培养质量为核心，坚持“以学生为本，协调培养学生的知识、能力和素质”的育人理念，根据学科的发展和社会的需要，修订实践教学大纲和教学内容。对2009版实践教学大纲中免疫学实验的实验项目进行调整，删除和整合部分实验内容，按照抗体的制备、淋巴细胞功能检测技术、NK细胞功能检测技术、抗原抗体反应、免疫标记技术、细胞因子检测技术等6个部分重新建立实验项目14个。适当削减了验证性实验，增加了综合性实验，在整个免疫学实验教学体系中既有必做实验，又有选做实验，使学生有更多的选择空间。

另外，为了使本科生实验教学的内容与科研相通，引进2个准确度和灵敏度高、重现性好、操作简便、耗材低、对环境污染少的成熟的科研实验来充实免疫学实验教学内容［2］；同时，为了提高本科生免疫学实验操作动手能力、规范学生实验操作的标准化，新增加1个免疫学实验操作基本技术的培训实验项目，整合后的实验项目共16个，更注重于学生的综合创新能力和实验动手操作能力的培养。

3　统筹安排实验时间

中心的免疫学实验教学需要完成酶标仪检测技术、凝集实验（示教）、单克隆抗体制备（示教）、多克隆抗体制备、淋巴细胞功能检测实验、NK细胞功能检测实验、设计实验等多个实验项目。笔者曾将每一个实验项目分开进行，由于多克隆抗体制备实验中免疫动物阶段需要的时间较长，这样完成整个免疫学实验教学需要两个多月的时间。在这个时间范围内就造成前松后紧的情况，往往使学生不能很好地把握实验内容，容易产生厌烦情绪，从而影响实验效果［3］。

为了改善这种情况，统筹安排实验时间，在多克隆抗体制备实验中免疫动物的一个月时间内，穿插进行另外几个实验项目的内容，既保证每个实验项目相对独立地开展，又兼顾了长时间综合性实验的连续性和完整性。这样在完成一个实验项目的时间范围内，完成了整个免疫学的实验教学内容，时间从两个多月缩短为一个多月，不仅使课程节奏相对统一，保障实验教学效果，而且节省了学生和教师的时间，提高了实验室的利用率。经过几年的教学实践，得到教师和学生的广泛认可和好评。

4　改进实验设计方案

在本科生免疫学实验教学中，抗体制备是最为经典的免疫学实验项目之一，也是生物学科学研究领域中常用的一种实验手段。下面以多克隆抗体制备实验为例，介绍免疫学实验教学方案设计和改进等方面的工作进展和经验。

多克隆抗体制备实验的基本流程 多克隆抗体制备实验的基本流程如图1所示，使用具有较高免疫原性的鸡卵清白蛋白（OVA）作为抗原，注射免疫小鼠。经3次免疫后的小鼠血清经过梯度稀释后，采用间接法酶联免疫标记技术（ELISA）检测，据此判定所制备的多克隆抗体的效价。

*项目来源：吉林省教育教学改革重点项目“多功能酶标仪荧光偏振免疫分析功能的开发及应用”（基金编号：409020720134）。作者：姜丹，吉林大学生命科学学院工程师，研究方向为实践教学与管理研究；王飞、孟令军、张洋、刘洋、刘艳，吉林大学生命科学学院；孟庆繁，通讯作者，吉林大学生命科学学院副院长兼中心常务副主任，主要从事实验室建设与管理研究（130012）。

图1　多克隆抗体的制备流程

小鼠免疫方法的改革 在多克隆抗体制备实验中，小鼠需要进行3次免疫注射。小鼠的注射给药方式有腹腔注射、静脉注射、皮下注射、皮内注射、肌肉注射等。小鼠的尾静脉注射是科研中最常用的给药方法，但因为操作难度较高，需要较长时间的操作训练才能熟练掌握，因此对于初学者成功率较低，在本科生实验中不采用此方法。

在以前的实验教学中选用的是小鼠肌肉注射法，这种方法在操作时需要一个人固定小鼠，另一人用左手抓住小鼠的后肢，右手拿注射器，将注射器与半腱肌呈90°角迅速插入1/4，注入药液。由于这种方式需要两个人的配合，对于从未进行过小鼠给药注射的初学者来说困难程度较大，尤其在完成第一次小鼠免疫的时候，常常因为手法生疏、配合不善，造成被小鼠咬伤或被注射器刺伤的情况。另外，由于小鼠体积小，肌肉层浅薄，肌肉注射也会造成小鼠不适或肌肉坏死等情况。

针对这一问题，改用小鼠颈部皮下注射免疫法，这种方法是将药液推入皮下结缔组织，经毛细血管、淋巴管吸收进入血液循环的过程。操作时，用左手抓住小鼠的颈部皮肤，然后将皮肤提起，注射针头取一钝角角度刺入皮下，把针头轻轻向左右摆动，易摆动则表示已刺入皮下，再轻轻抽吸，如无回血，可缓慢地将药物注入皮下；拔针时左手拇、食指捏住进针部位片刻，以防止药物外漏。这种方法操作比较简单，而且一个人操作即可，因此在小鼠免疫的第1次和第2次注射时均采用此方法进行，成功率较高，并且被小鼠咬伤的几率降低。

在熟练掌握了小鼠皮下注射操作的情况下，为了使学生在小鼠免疫过程中尽可能多地掌握其他的给药注射方式，在给小鼠第3次免疫时选用腹腔注射的给药方式。这种方法是将药物注入胃肠道浆膜以外、腹膜以内，由于腹膜面积大，密布血管和淋巴管，因此吸收速度较快。操作时用一只手固定小鼠，使小鼠的头部向下，这样腹腔中的器官就会自然倒向胸部，防止刺伤腹部器官；注射器针头以45°角插入腹中线右侧，缓缓将药液推入；注射完毕后，缓缓拔出针头，并轻微旋转针头，防止漏液。这种注射方式相对简单易行，学生在进行实验操作过程中成功率较高，并且较为安全。

小鼠实验组设计方案的改革 在以前的小鼠免疫过程中将小鼠分为有佐剂和无佐剂两组，每组2只小鼠，分别注射抗原＆免疫佐剂的混合液和抗原＆生理盐水的混合液。有佐剂组多克隆抗体制备效果较好，最终得到的多克隆抗体效价较高；而无佐剂组多克隆抗体制备效果较差，最终得到的多克隆抗体效价较低。

通过上述实验分组，可以让学生较好地认识到免疫佐剂在抗体制备中的作用。然而通过多年的教学实践，发现上述实验分组方案存在两方面弊端。

1）实验动物浪费现象严重。一只小鼠通过摘眼球取血的方式，能够获得不少于100 μL的血清，而抗体效价检测所需的血清用量是5 μL，因此，每个实验组设置2只小鼠的作用仅仅是为了防止学生在免疫过程中由于操作不当或饲养不经心而发生的小鼠死亡。通过连续数年的教学实践观察，笔者发现在小鼠免疫过程中发生死亡的概率只有1%，即每学年50组学生总计200只小鼠的意外死亡数量平均只有2只，而为此额外设置2倍的小鼠用量是对实验动物的严重浪费。

2）无佐剂组小概率出现高效价抗体。虽然无佐剂组制备的多克隆抗体一般情况下效价都不高，可以作为免疫佐剂功能的阴性对照，但OVA较高的免疫原性使得无佐剂组小鼠中个别个体依然会产生较高的抗体效价，对ELISA实验的抗体效价数据假阳性产生质疑，使学生对理论知识的理解造成一定的混淆。

针对上述实验方案的缺陷，对原有的小鼠实验组设置方式进行优化，如表1所示。将实验小鼠分为有佐剂组、无佐剂组和无抗原组，每组1只小鼠。有佐剂组注射免疫佐剂和抗原的混合液，无佐剂组注射抗原的生理盐水溶液，无抗原组只注射等量的生理盐水。同时在实验课进行过程中，由助教按照标准流程与学生平行进行一组示范实验，所得的小鼠血清作为标准样本备用。新的小鼠实验组设置有效地解决了实验小鼠的浪费现象和阴性对照组不全的问题，在发生小鼠意外死亡的小概率事件时，任课教师会在ELISA实验时为该组提供相应的标准血清使其顺利完成ELISA实验。另外，无抗原组作为抗原的阴性对照组是不会出现任何抗体效价信号的，在无佐剂组出现小概率高效价信号时能够起到很好的对照和参考作用。

表1　免疫小鼠实验组

5　结语

针对免疫学实验教学中存在的问题，对实验教学内容的设置、实验教学时间的统筹安排、实验设计方案的改进进行一系列的改革和探索，使免疫学实验教学质量有了大幅度的提高。同时，学生的实验兴趣与科研能力显著提升，由被动学习转变为自主性学习、合作性学习和研究性学习。在此基础上要不断完善，使实验教学水平更上一个新的台阶，为发展学生创新思维能力，进一步获取和创造新知识打下基础［4-5］。■

［1］王敏，包常华.提高医学免疫学实验教学质量的探索与体会［J］.基础医学教育，2014，16（11）：938-939.

［2］苏小平，王全兴.本科生免疫学实验教学改革实践［J］.基础医学教育，2014，16（8）：612-622.

［3］任可，陈建芳，常江，等.医学免疫学实验教学改革初探［J］.中国免疫学杂志，2014（30）：1259-1260.

［4］潘清.创新实验教学探索［J］.实验技术与管理，2010，27（8）：24-26.

［5］由继红.实验室与创新教育研究［J］.实验技术与管理，2010，27（9）：16-17.

G642.0

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1671-489X（2016）12-0129-03