医学实验动物学教学中生物安全的探讨与实践

王 蓉,赵四海,白 亮,王维蓉,刘恩岐△

(1西安交通大学基础医学院实验动物学系, 西安 710061;2西安交通大学医学实验动物中心; △通讯作者)

实验动物的应用和动物实验的开展是推动生命科学研究快速发展的重要支撑。医学实验动物学作为系统研究实验动物和动物实验的学科,是基础医学和实验医学的重要组成部分,被国际上公认为现代生命科学研究的奠基学科[1,2]。目前,许多生物医学相关高校均开设了医学实验动物学课程,向不同层次学生(包括专科生、本科生和研究生)讲解实验动物学的基本理论知识,并教授常规动物实验操作方法技能,培养学生开展生物医学研究的基本能力[3]。医学实验动物学课程通常采用理论课与实验课相结合的教学方式。在实验教学过程中,培养学生熟练准确的动手操作能力是重要的教学目标。因此,在医学实验动物学实验教学中,面对实验动物与学生、教师和助教人员的频繁近距离接触,如何保障实验人员的安全,避免生物安全事故的发生是医学实验动物学教学极为关注的问题。

近年来,实验动物引起的实验室生物安全事件时有发生,给实验人员、环境和公众造成严重影响,生物安全风险不容忽视[4,5]。高校和科研院所越来越意识到动物实验相关生物安全的重要性[6]。实验动物生物安全是指对实验动物及其相关实验可能产生的潜在风险或现实危害进行的防范与相关控制措施。由实验动物所造成的风险和危害存在于实验动物的引种、繁育、运输、使用和废弃物处理等各个环节。2021年4月15日,我国正式颁布实施《中华人民共和国生物安全法》[7],为防范和应对生物安全风险,保障人民生命健康,保护生物资源和生态环境提供了法律依据。在医学实验动物学实验教学中,我们也应遵循法律要求,切实落实实验动物生物安全防控,为师生营造健康、安全的实验环境。

1 医学实验动物学实验教学中存在的生物安全问题

1.1 实验动物的采购与管理不规范

医学实验动物学实验教学中常使用的实验动物有小鼠、大鼠、兔、犬、猪等,在农业院校也可能涉及一些实验用动物,比如,牛、羊、鸡和鱼类等[8]。不合格的或未经有效检验检疫的动物被直接用于实验教学可能会造成传染病的流行和传播,增加师生感染人畜共患病病原(比如,流行性出血热病毒、狂犬病毒、布鲁氏菌等)的潜在风险[9]。另外,动物的运输和暂存不当会加大实验动物与野鼠的接触几率,进而可能使野鼠所携带的病原体传染给实验动物,造成实验人员的感染和实验环境的污染,危害人员和环境安全[10,11]。2001年,北京某高校由于使用了质量不合格的实验动物,造成多名师生感染流行性出血热病毒。2006年,由于使用了个体户养殖、贩运的不合格实验动物,长春某高校10名学生感染流行性出血热病毒。2010年,哈尔滨某高校师生由于使用了未经检疫的山羊,导致28名师生感染了布鲁氏菌。生物安全事故的频繁发生提醒我们一定要严把实验动物质量关。

1.2 学生生物安全意识淡薄,实验操作不规范

在医学实验动物学实验课教学过程中,经常有学生不按要求穿戴实验服、手套、口罩,个人物品乱放,甚至有人将水杯、食物带入实验室,这些都为实验室生物安全埋下隐患。因为实验动物携带的病原、毛发、分泌物和排泄物等可能通过消化道、呼吸道使相关人员感染,或造成某些过敏体质的人出现过敏性疾病。许多参加医学实验动物学课程的学生是初次接触实验动物,心情既紧张、又激动,但由于技术不熟练,在抓取、固定活体动物时容易被动物咬伤或抓伤;另外,给动物注射药液或解剖动物时,由于对动物固定不牢固、麻醉剂量不合适等原因,也常出现误将自己扎伤、划破,或被动物抓伤、咬伤。当伤口接触到动物的唾液、体液、血液、排泄物、分泌物或污染的环境后都可能会引起感染,甚至由于接触到人畜共患病原而造成发病死亡。学生如若对动物抓取保定不到位也会造成动物逃脱到外界环境,引起病原扩散,危害生态环境。除此之外,实验教学过程中,实验人员常会用到麻醉剂对动物进行麻醉或安乐死。如使用气体性麻醉剂(如异氟烷)时,实验人员对麻醉仪使用不恰当便会造成吸入性伤害。

1.3 实验动物尸体及废弃物的处置不合理

医学实验动物学实验教学过程中会产生大量的动物尸体和废弃物[12]。学生经常会将动物尸体和各种废弃物混放,为生物安全埋下隐患。比如,学生将注射器针头、刀片等利器弃于普通垃圾箱,造成回收垃圾人员被扎伤、划伤;将动物尸体与用过的棉签、卫生纸、手套、口罩等废弃物混放在一起,加大了动物尸体无害化处理的难度与成本;甚至有学生将动物尸体和实验废弃物随意丢弃,扔到生活垃圾回收处,这都可能会造成人员受伤、病原微生物外泄,具有引发生物安全事件的风险。

2 保障医学实验动物学实验教学中生物安全的对策

2.1 加强学生生物安全意识

为了保障实验教学中的生物安全,我们首先应做到让学生从思想上认识到生物安全问题的严重危害。比如,在实验动物微生物控制章节的理论课讲授时,教师可以向学生介绍关于流行性出血热、狂犬病、布鲁氏菌病等人畜共患病的相关知识和案例,让学生了解有关病原的致病性、传播途径和相应预防感染措施。另外,在实验操作前,教师向学生仔细讲授实验室操作规程及安全防护知识,加强学生对动物实验潜在危害的认识,通过强化对学生的生物安全教育,使他们认识到动物实验过程中可能发生的生物安全危害事件以及存在的多种潜在生物危害因子可能对身体造成的伤害,从而加强学生的自我防护意识,减少生物安全事件的发生。

2.2 加强实验动物相关生物安全风险管理

在医学实验动物学实验教学中,师生会近距离接触到多种实验动物,严把实验动物质量关是保障生物安全的关键。比如,任课教师应根据上课学生人数和教学内容提前制定实验动物使用计划,然后按照计划从具有实验动物生产许可证的机构采购符合国家实验动物检疫标准的实验动物;动物运输应采用专门的实验动物运送装备和车辆,以防止动物的逃逸或与外界动物的接触;当动物到达实验地点后,应暂存于符合实验动物饲养条件的饲养室,对其进行至少1周的隔离观察检疫,同时保证环境清洁、卫生,防止野鼠进入,以降低实验动物所带来的生物安全隐患和风险。值得注意的是,对于啮齿类实验动物(比如小鼠、大鼠),我们可采购获得符合微生物学控制标准化的无特定病原体(SPF)级的实验动物[13],而实验用的大动物(比如,羊、犬、猪等)大多以普通级为主[14,15]。因此,对于教学中所采购的大动物,我们严格实行第三方检验和自检制度,由专人负责,在实验教学前对动物进行主要病原体的检验检疫,并隔离饲养观察,以确保实验教学质量和师生的人身安全。

2.3 规范实验操作和动物实验废弃物处置

实验课教学过程中,教师应以身作则,规范自身行为及实验操作,给学生示范正确的实验操作方法并仔细强调注意事项,以保障实验课的顺利开展。比如,实验开始前,教师指导学生正确佩戴手套、口罩,穿实验服,介绍实验物品的种类、数量和使用方法,强调实验废弃物应分类收集,并明确收集地点;实验过程中,向学生讲解并演示如何正确对动物实施抓取和保定、给药和采样、麻醉和安乐死以及解剖和取材等,对学生出现的不良习惯和错误操作及时予以纠正,避免出现学生被动物抓伤、咬伤,被注射器或手术器械刺伤、划伤,或动物逃逸等情况;实验结束后,要求学生清理实验台面,归还实验用品,洗手消毒后方可离开,避免生物安全风险外溢和持续。另外,教师应确保实验动物尸体与废弃物的规范化处理,比如,将动物尸体集中收集于专用的塑料密封袋内,并置于冰柜冷冻保存,最终由专业的公司进行无害化处理;动物实验中所使用锐器(一次性注射器、刀片等),回收入专门的锐器废弃物收纳盒内,由专业医疗废物回收公司集中处理。

2.4 加强监管并完善动物实验管理制度

完善的管理制度和严格的监管是保障实验教学中生物安全的重要手段。管理制度中应明确规定实验教学中对教师和学生行为规范的要求,并详细列出潜在突发安全事件的应急预案和安全处理操作,以便全方位做好师生的生物安全防护工作,比如,要求进入实验的师生必须规范着装,严禁穿拖鞋进入实验室;随身携带物品应置于指定地点,严禁将食品、饮品带入实验室内;严禁在实验室内打闹和玩手机等,避免因分心导致的操作失误。实验人员实验操作过程中要穿实验服,戴口罩、手套等防护用品,按照实验规程规范操作,养成良好的安全实验习惯;实验结束后,按照规章制度要求,将实验中产生的垃圾和废弃物分类收集,整理实验台面及实验物品,洗手消毒后离开实验室,严禁私自将动物尸体和废弃物带出实验室。另外,为了应对实验过程中突发的抓伤、咬伤、划破等事件,实验室内需配备医药箱,内含医用棉签、纱布、碘伏、医用酒精棉球、绷带、创可贴等。实验过程中,授课教师和助教等要不断巡查监管,及时指出并纠正学生不当操作,以杜绝生物安全隐患。

3 实验动物“采购-使用-废弃物处理”闭环管理模式保障生物安全的实践

笔者所在高校的医学实验动物学实验课主要涉及小鼠、大鼠和家兔的基本实验操作。由于本校所处地区是流行性出血热的高发地区之一,该病的病原是流行性出血热病毒,它是一种人畜共患病病原,野鼠是其主要传播宿主[16,17],因此,为了避免实验课所用动物感染该病毒而造成生物安全事件发生,本教研组始终秉承实验动物闭环管理的理念,严把实验动物质量关。本校内部具有标准化的实验动物中心,拥有SPF小鼠、大鼠的生产许可证及小鼠、大鼠和家兔的使用许可证,同时具备标准化的SPF实验动物饲养设施,可保证动物的质量安全。每次开展实验课当天,授课教师会按照学生人数在本校实验动物中心领取SPF级的小鼠、大鼠和合格的家兔,然后将动物放置于实验教室的指定位置,等待学生操作使用。在学生操作过程中,教师会在教室内不断巡查示教,以防止动物被私自带离实验室或不当操作引起动物逃逸、人员损伤。实验课结束后,教师会将动物尸体集中收集于尸体收集袋,并冷冻保存,等待专业公司收取进行无害化处理,由此实现实验动物的“采购-使用-尸体无害化处理”的闭环管理,杜绝生物安全事件发生。

在实验课教学过程中,任课教师通过言传身教,以对学生产生潜移默化的影响,提高他们的生物安全意识并规范其实验操作习惯。比如,在实验讲解前,任课教师会先向学生介绍相关的生物安全知识及个人防护措施,亲自示范个人防护用品的穿戴,介绍课程所用实验动物的相关习性以及被触碰时会出现的行为反应。在每一步实验操作前,任课教师会向学生播放操作视频,讲解并示范正确的操作方法,强调操作要点、细节和注意事项。在学生操作练习过程中,带教老师会不停巡查,以及时纠正不规范的操作和危险行为;实验结束后,督促学生将实验动物、试剂、实验器械、仪器设备放回原处,清洁消毒实验台面,并正确处理实验课产生的废弃物,洗手消毒,确认安全后方可离开。对于实验废弃物的处置,任课教师会要求学生将动物尸体、利器、普通废料(用过的纸巾、手套、棉签等)分别放于指定的回收袋/盒,课后由教师联系相关部门及时进行废物回收及无害化处理。

除此之外,笔者所在高校在实验室内张贴了多种禁止标志和警示标志,时刻提醒学生实验室内禁止饮食、嬉戏打闹、吸烟等,严格穿戴实验服、手套、口罩等。同时,教师还在实验室内准备了乳胶手套、防咬伤棉线手套、口罩、手术帽以及专门的学生置物架、药品存储柜、医疗废物袋、利器废物盒、医药急救箱等,为学生提供全面的安全防护物资,保障实验课的顺利进行。

实验室生物安全问题关乎广大师生乃至全社会的健康与生命安全[18]。我国《生物安全法》的出台标志着我国生物安全进入依法治理的新阶段。医学实验动物学实验课教学中,学生会接触到多种活体实验动物,不当的操作极易造成生物安全事件的发生。高校教师应不断提高自身及学生的生物安全意识、严把实验动物质量关、规范学生实验操作并加强实验监管,通过多种举措,为医学实验动物学实验教学提供健康、安全的教学环境和氛围,保障实验教学的健康发展,促进创新型人才培养。