Introduction on the Experiments Using Non-human Primates Tae Min Kim, DVM, PhD Laboratory Animal Research Center

동물실험결과에 영향을 미치는 요인

유전적

요인

미생물학

적 요인

환경적

요인

영장류실험의 특징 (실험자의 관점에서)

• 환경적, 유전적, 미생물학적 콘트롤이 설치류에 비하여 까다로움

• Outbred 이기 때문에 전임상연구 모델로서의 장점 보유

• 영장류 이용 당위성 필요 (IACUC 승인이 까다로움)

• 그래프와 표로 나타낸 수치데이터가 전부가 아님

- 아는 만큼 새로운 결과가 도출됨

영장류 연구의 주요 영역

• 동물 종의 생물학적 특성들에 관한 연구

• 질환의 병인 및 경과는 물론, 윤리적 이유로 인간환자를 대상

으로는 연구가 불가한 치료법에 관한 연구 (세포유전자치료,

인공장기개발, 이종장기 이식연구 등)

• 의도치 않은 작용(독성)이 일어나지 않는지에 관한 약물 시험

• 백신의 제조 및 안전성 평가

영장류의 정의 (1873, George Mivart)

-. Unguiculate (발톱이 있고), claviculate (쇄골이 있고)

-. placental mammals (태반형성)

-. with orbits encircled by bone (안와가 뼈에 의해 경계)

-. three kinds of teeth (앞니, 송곳니, 어금니)

-. Brain always with a posterior lobe and calcarine fissure (새발톱고랑)

-. The innermost digit of at least one pair of extremities opposable

-. hallux (엄지발가락) with a flat nail or none

-. A well developed caecum; penis pendulous; testes scrotal

-. Always two pectoral mammae.

영장류 분류

포유강 영장류목

아목 하목 구분 종

곡비원아목 (wet nose, rhinarium)

여우원숭이하목

원원류 여우원숭이

로리스하목 로리스원숭이

직비원아목 안경원숭이하목

안경원숭이

원숭이하목 진원류 광비원류(Platyrrhini): 코가 납짝하고 콧구멍이 밖으로 뚫림

신세계 원숭이 (마모셋원숭이)

협비원류(Catarrhini) 구세계원숭이

유인원

영장류 분류

영장류 서식지 분포도

• 오송첨단의료산업진흥재단 실험동물센터 • 대구첨단의료산업진흥재단 실험동물센터 • 안전성평가연구원 영장류센터 (전북 정읍) • 한국생명공학연구원 국가영장류센터 (충북 오창) • ㈜오리엔트바이오 (경기도 성남) • 서울대학교 영장류센터 • 서울대학교 그린바이오과학기술연구원 (강원도 평창군) • IBS 성균관대학교 뇌과학이미징연구단 • 기타 산업체 기반 연구소

국내외 영장류 센터

주요 연구 영역

• 번식생리

• 당뇨/비만

• 심혈관계/stroke

• CNS

• 인지/발달

• 근골격계

• 줄기세포/재생의학

• 백신 개발

• 인체 감염질환 연구

주요 실험용 영장류

Rhesus macaque (Macaca mulatta) 붉은털 원숭이

Cynomolgus macaque (Macaca fascicularis)

=게잡이 원숭이 =긴꼬리 원숭이

Common marmoset (Callithrix jacchus)

비단마모셋

국가별 수입되는 영장류 수

(Hyun et al., 2010)

종 임신

기간(일) 이유

일령 (일) 수명 (년)

체장 (mm) 몸무게 (kg)

수컷 암컷 수컷 암컷 신생원 (g)

Cynomolgus monkey

164 375 31 412-648

385-503

4.7-8.3

2.5-5.7

260-400

Rhesus macaque 165 279 25 532 469 7.7 5.3 450

Common marmoset

148 (쌍둥이多)

76 12 188 185 0.26 0.24 30

(Tardif SD et al., 2004)

(Nonhuman Primates in Biomedical Research, 2nd ed., 2012)

영장류의 기본특징

번식 및 성장

• 연중번식

• 임신기간은 대략 160~170일이며, 생리주기는 28일임.

• 다음 새끼를 낳을 때까지는 대략 390일이 걸린다.

• 성성숙기간은 암컷은 46개월, 수컷은 42~60개월임.

• 새끼는 태어날 때 검은색이나 처음 몇 달이 지나면 회색으로 바뀐다.

• 새끼의 태어날 때 몸무게는 암컷은 260~310 gm이고 수컷은 340~400 gm임.

연구분야

• 전통적인 장기이식 연구모델

• 신약개발 (약물효능평가) 에 최근 주로 많이 사용되고 있음.

• 종양학, 동맥경화증 연구에도 많이 사용됨.

• cytomegalovirus(CMV), 전염병, 결핵, retrovirus의 연구에도 쓰임.

• 기타 독성연구 (생식독성, 안구독성, 혈액응고시스템, 중추신경계)

Cynomolgus Monkeys (Macaca fascicularis)

영장류의 사양관리

영장류 사육시설의 구성: 동물사육실, 사료저장고, 수술실, 수술준비실, ICU, 부검실, 진단영상실, 실험실, 갱의/샤워실, 사료보관실, 복도, 고압멸균기실, 공조실, 격리실, 검역실

동물사육실의 구성: 전실 및 관망창 구비, 에폭시바닥, 탈착식케이지용 선반틀, 전자 및 아날로그 온/습도계, trench및 경사평면 (용이하고 신속한 청소가 가능), 수질 검사

케이지사육: 동종은 동일 사육실에서 사육, 종 특성유지가 가능하도록 설계, 엔리치먼트의 활성화, 바닥 면적 및 높이 준수, 쌍사육용 분리창 설치

사료급이: 에너지요구량에 맞추어 사료 및 과일 급이 (일일320~400kcal/4kg)

음수: 음용수 기준에 따른 적합성 테스트

개체의 일일체크: 오전 및 오후 각 1회, 활동성, 포악성, 취식여부, 분변상태, 체모 및 꼬리의 건강성, 출혈여부, 생리 유무를 장부에 기록

오/폐수, 사체 처리는 해당 지자체 기준에 맞게 수행

영장류의 의사전달 (Macaque의 경우)

입을 벌리는 행위

위협

앞니를 드러냄

두려움

치아노출 및 고함

공격성

입벌림 (이완된 눈근육)

유희를 원함

(Parr and Heintz, Anim Behav 2009)

그 외: -. 입맛을 다시는 행위 및 엉덩이를 보이는 행위: 복종 -. 응시하는 행위: 위협. 따라서 사육자 혹은 연구자가가 필요 없이 응시하면 안됨.

영장류의 환경관리 (미국 NCR 가이드라인)

종 온도 (oC) 습도 (%)

마모셋, promisians 24~27 40~70

Rhesus, cynomolgus, Afreecan green monkeys

27(여름) 23(겨울)

40~70

Japanese monkeys 27(여름) 20(겨울)

40~70

Chimpanzee, Gibbons 24~27 40~70

환경인자 기준

환기 횟수 10~15회/시간

조명 100~300lux (45~80cm 측정값)

소음 60dB 이하

취기 암모니아 20ppm 이하

공기압 -5 ~ -3 mmHg

영장류의 수의학적 관리

• 동물의 정기 신체검사: 매 3-6개월마다 털, 구강, 치식, 표재성 림프절 (편도선, 하악하, 경부, 겨드랑이 및 서혜부) 검사, 심장 및 폐정진음 검사, 복부의 촉진, 외부 및 내부 비뇨기계통, 심전도 검사, 혈액학적 검사, 혈청화학적 검사, 소변검사, 기생충 검사, 결핵검사

• 마취 전 동물준비, 술후 관리, 동물 모니터링

• 수액/전해질 요법

• 설사동물 관리

• 쇼크 치료

• 체온 조절

• 부상 및 골복원

• 마취 및 수술

• 교상

• 견치 제거

영장류 사육 및 실험도구

Individual cage with squeeze back

Cage attached with procedure cage

Tunnel

Cage with porch and foraging apparatus

영장류 사육 및 실험도구

Telemetry system Transporter Monkey chair

영장류 기본 실험기술

restraint Squeeze-back & 근육주사

채혈(Femoral v.) 채혈 (Saphenous v.)

영장류 엔리치먼트 방안

• Enrichment의 정의 • An animal husbandry practice that seeks to enhance

the quality of captive animal care by identifying and providing the environmental stimuli necessary for optimal psychological and physiological well-being.

(Shepherdson, D.J. 1998. et al.)

영장류 엔리치먼트 방안

영장류 검역 장소 기간 내용 세부내용 및 방법

수출국

2년 병원균 검사

홍역, A형 간염, B형간염, 원숭이Pox, 결핵 발생이 없어야 함

수출선적 30일 전 병원균 검사 에볼라, 말부르그, 결핵, 살모넬라, 시겔라, 예시니아

수출선적 최소 5일 전 구충제 투여 Albendazole, 25mg/kg, sid, PO, 5days

수입국 (대한민국)* 지정 검역장

최소 30일 체중측정, 채혈 혈액학적, 혈청생화학적 검사

분변스왑검사 Salmonella/Shigella/Yersinia

신체검사 귀, 손, 팔, 골절, 구강 (수표, 궤양, 상처, 치식)

결핵검사 Tuberculin test 2회 실시 (2주 간격)

B virus 검사 ELISA (Gibbons, great apes 만 해당)

약욕 40oC, 5% 베타딘 1차약욕 40oC, 0.05% Trichlorfon 2차 약욕

케이지 수용

* 3일간 환경 순화 (Animal biosafety level 2, 사육동과 분리된 장소 지정검역장소에서) * 검역기간 동안 물, 먹이, 분뇨 양과 질병 징후 매일 기록

Specific Pathogen Free(SPF) 영장류의 사용목적

• 인체감염 방지

• 동물의 건강 보건 증진

• 연구 결과의 재현성 및 신뢰성 보증

SPF 영장류 [ SPF program, (6 pathogens) ] • Mycobacterium tuberculosis • Herpes B virus • CHV-1, Cercopithecine herpesvirus 1 • SRV-D, simian type D retrovirus • STLV, simian T cell lymphotropic/leukemia virus • SIV, simian immunodeficiency virus

[Expanded SPF program]: simian foamy virus, rhesus lymphocryptovirus,

cytomegalovirus, rhadinovirus, simian virus 40

SPF level Pathogens

SRV STLV CHV-1 Others

1 X (=free)

2 X X

3 X X X

4 X X X X

영장류의 SPF 등급 조성 例

TB 및 Herpes B virus 는 기본적으로 음성이여야 함. (Morton WR et al., 2008)

생물제의 위험군 분류 (질병관리본부 고시)

위험군 정의 병원체 종류

1 건강한 성인에 질병을 유발시키지 않는 생물체

위험군 1, 2, 3 에 해당되지 않는 종

2 사람에게 질병을 일으킬 수 있는 생물체이나 증세가 심각하지 않고 예방과 치료가 가능한 경우

Campylobacter sp., Clostridium sp., Mycoplasma sp., Salmonella sp., Shigalla, vibrio cholerae

3 사람에게 심각하고 때로 치명적인 질병을 일으킬 수 있는 생물체이나 예방과 치료가 가능한 경우

Bacillus anthracis, Brucella sp., Mycobacterium tuberculosis, Pasteurella multocida type B, Rickettsia sp., Yersinia pestis, SARS, HIV type 1 and 2, Human T cell lymphotropic virus (HTLV) types 1 and 2, SIV

4 사람에게 심각하고 때로 치명적인 질병을 일으킬 수 있는 생물체이며 예방과 치료가 거의 어려운 경우

Ebola, Lassa, Marburg, Hendra-like, lassa virus, Monkey B virus (herpesvirus B)

영장류 인수공통전염병

Classifications Pathogens and diseases

Viral disease Hemorrhagic fevers Marburg virus, Ebola and other filovirus, simian hemorrhagic fever, Yellow fever, Denge, West Nile virus

Herpesvirus Herpes B virus, Epstein-Bar virus, Cytomegalo virus

Viral hepatitis A, B, C, D, E, Callitrichid hepatitis

Retroviral diseases STLV1, SIV, Poxvirus, Mason-Pfizer virus

Other viral diseases Measles, influenza, Arbovirus, Rubella, Rhabdovirus, Adenovirus, Papovavirus

Bacterial diseases

General TB, Leprosy, Salmonellosis, Tetanus

GI Shigellosis, Campylobacteriosis, Yersinia

Respiratory bacteria Streptococcus pneumoniae, Bordetella bronchiseptica, Pasteurella multocida, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae

Others Mycoplasma, Rickettsia, Clamydial disease, mycotic disease

Non-human primate research in Genomic Era

• Genetic research models

• Genome analysis for genetic characterization

• Transgenic/knockout monkeys

• Induced pluripotent stem cells

• Tissue engineering

• Personalized medicine development

감사합니다