انواع حیوانات آزمایشگاهی و کاربرد آن ها

حیوانات آزمایشگاهی (Laboratory animals) ستون اصلی پژوهش‌های زیست‌پزشکی (Biomedical)، دامپزشکی (Veterinary) و زیست‌محیطی (Environmental research) مدرن را تشکیل می‌دهند. بیش از یک قرن است که این حیوانات زمینه‌ساز کشف‌های مهمی از اصول بنیادی ژنتیک (Genetics) و ایمونولوژی (Immunology) تا توسعه واکسن‌ها (Vaccines)، آنتی‌بیوتیک‌ها (Antibiotics) و تکنیک‌های جراحی (Surgical techniques) بوده‌اند.
در حالی که کشت‌های سلولی در شرایط آزمایشگاهی (In-vitro cell cultures) و مدل‌های محاسباتی (Computational models) بینش‌های ارزشمندی فراهم می‌کنند، بسیاری از فرآیندهای زیستی—مانند پاسخ‌های ایمنی (Immune responses)، برهم‌کنش‌های اندامی (Organ interactions) و متابولیسم کل بدن (Whole-body metabolism)—به پیچیدگی یک موجود زنده نیاز دارند. حیوانات آزمایشگاهی این فاصله را پر می‌کنند و سیستم‌های کنترل‌شده و قابل تکرار (Controlled, reproducible systems) را در اختیار پژوهشگران می‌گذارند تا مکانیسم‌های بیماری (Disease mechanisms)، درمان‌های نوین و فیزیولوژی طبیعی را بررسی کنند.

اهمیت مدل‌های حیوانی (Animal models) فراتر از پزشکی انسانی است. علم دامپزشکی (Veterinary science)، کشاورزی (Agriculture) و حفاظت از حیات‌وحش (Wildlife conservation) همگی به انتخاب دقیق این مدل‌ها برای بهبود سلامت حیوانات، اصلاح برنامه‌های پرورشی و حفاظت از اکوسیستم‌ها وابسته‌اند. پژوهش با استفاده از مدل‌های حیوانی منجر به توسعه واکسن‌های دام (Livestock vaccines)، راهکارهای کنترل بیماری‌های مشترک انسان و دام (Zoonotic diseases) و پیشرفت در تغذیه (Nutrition) و تولیدمثل (Reproduction) شده است که مستقیماً به نفع انسان و حیوان است.

یکی از ویژگی‌های چشمگیر علم حیوانات آزمایشگاهی، تنوع وسیع (Diversity) آن است. گونه‌های به‌کاررفته در پژوهش از بی‌مهرگان ساده (Simple invertebrates) مانند مگس میوه (Fruit fly – Drosophila melanogaster) و کرم نماتد (Nematode worm – Caenorhabditis elegans) تا مهره‌داران (Vertebrates) مانند جوندگان (Rodents)، ماهی‌ها (Fish)، پرندگان (Birds) و حتی نخستی‌های غیرانسانی (Non-human primates) گسترده‌اند. هر گونه مزایای منحصربه‌فرد (Distinct advantages) خود را دارد:

موش‌ها و رت‌ها (Mice and rats) به دلیل قابلیت دستکاری ژنتیکی بالا و هزینه مناسب برای مطالعه بیماری‌های پیچیده (Complex diseases) و آزمون داروها (Pharmaceutical testing) ایده‌آل هستند.
گورخرماهی (Zebrafish) و قورباغه زنوپوس (Xenopus frogs) به دلیل داشتن جنین‌های شفاف، امکان مشاهده زنده مراحل رشد (Real-time observation of development) را فراهم می‌کنند.
پستانداران بزرگ‌تر (Larger mammals) از جمله خوک‌ها (Pigs) و گوسفندان (Sheep) با سیستم‌های اندامی و فیزیولوژی مشابه انسان، برای پژوهش‌های جراحی (Surgical research) و آزمون وسایل پزشکی (Device testing) ارزشمند هستند.

2. مدل‌های جوندگان (Rodent Models)

جوندگان (Rodents) پرکاربردترین حیوانات در پژوهش‌های زیست‌پزشکی (Biomedical research) هستند، به دلیل اندازه کوچک (Small size)، چرخه‌های تولیدمثل سریع (Rapid reproductive cycles)، قابلیت دستکاری ژنتیکی (Genetic tractability) و هزینه مناسب (Cost-effectiveness). آن‌ها پلتفرم‌های چندمنظوره (Versatile platforms) برای بررسی ژنتیک (Genetics)، فیزیولوژی (Physiology)، فارماکولوژی (Pharmacology)، سم‌شناسی (Toxicology)، رفتارشناسی (Behavior) و مکانیسم‌های بیماری (Disease mechanisms) فراهم می‌کنند. در میان جوندگان، موش‌ها (Mice) و رت‌ها (Rats) گونه‌های اصلی هستند که هرکدام مزایا و ملاحظات خاص (Unique advantages and considerations) خود را دارند و انتخاب آن‌ها بسته به کاربرد آزمایشی خاص (Specific experimental applications) متفاوت است.

2.1 موش آزمایشگاهی (Mus musculus) (Laboratory Mouse)

موش آزمایشگاهی (Laboratory mouse) یک پستاندار کوچک (Small mammal) است که وزن آن در بزرگسالی حدود ۲۰–۴۰ گرم (20–40 grams) و طول عمر آن ۱.۵–۳ سال (1.5–3 years) بسته به سویه و شرایط نگهداری (Strain and husbandry conditions) است. موش‌ها به دلیل قابلیت دستکاری ژنتیکی گسترده (Genetic manipulability) شهرت دارند، از جمله ترانس‌ژنیک (Transgenic)، ناک‌آوت (Knockout)، ناک-این (Knock-in) و آلیل‌های شرطی (Conditional alleles)، همچنین ویرایش ژنوم با کمک CRISPR (CRISPR-mediated genome editing). این توانایی‌ها موش‌ها را برای مطالعه عملکرد ژن (Studying gene function)، مدل‌سازی بیماری‌های انسانی (Modeling human diseases) و آزمون درمان‌های نوین (Testing novel therapies) ضروری می‌سازد.

موش‌ها در گونه‌های هم‌خانواده (Inbred strains) و گونه‌های خارج از خط (Outbred stocks) موجودند. گونه‌های هم‌خانواده (Genetically homogeneous inbred strains) امکان آزمایش‌های بسیار قابل تکرار (Highly reproducible experiments) را فراهم می‌کنند، در حالی که گونه‌های خارج از خط (Outbred stocks) تنوع ژنتیکی (Genetic diversity) بیشتری شبیه جمعیت‌های طبیعی ارائه می‌دهند. سیستم ایمنی، فیزیولوژی و متابولیسم موش‌ها خوب شناخته‌شده (Well-characterized) است و طیف وسیعی از معرف‌های مولکولی (Molecular reagents)، آنتی‌بادی‌ها (Antibodies) و آزمون‌های رفتاری (Behavioral assays) در دسترس است.

موش‌ها در حوزه‌هایی مانند سرطان‌شناسی (Oncology)، ایمونولوژی (Immunology)، نوروبیولوژی (Neurobiology)، مطالعات متابولیک (Metabolic studies) و زیست‌شناسی توسعه‌ای (Developmental biology) بسیار ارزشمند هستند. به عنوان مثال، موش‌های ایمنی‌نقص (Immunodeficient mice) به طور معمول برای آزمایش‌های زنوگرافت (Xenograft experiments) به منظور مطالعه رشد تومور انسانی و پاسخ به درمان‌ها (Human tumor growth and response to therapeutics) استفاده می‌شوند.

با وجود مزایا، موش‌ها محدودیت‌هایی دارند. اندازه کوچک (Small size) انجام نمونه‌گیری مکرر خون (Repeated blood sampling) و جراحی‌های پیچیده (Complex surgical procedures) را دشوار می‌کند، و برخی پاسخ‌های فیزیولوژیک آن‌ها با انسان متفاوت است که ممکن است محدودیت در قابلیت ترجمه به انسان (Limit translational relevance) ایجاد کند. پژوهشگران باید این عوامل را هنگام طراحی آزمایش‌ها و تفسیر نتایج (Designing experiments and interpreting results) مد نظر قرار دهند.

2.2 رت آزمایشگاهی (Rattus norvegicus) (Laboratory Rat)

رت‌ها (Rats) جوندگان بزرگ‌تری هستند که معمولاً وزن آن‌ها در بزرگسالی ۲۵۰–۶۰۰ گرم (250–600 grams) و طول عمرشان ۲–۳ سال (2–3 years) است. اندازه بزرگ‌تر (Larger size) آن‌ها جراحی‌های پیچیده (Surgical manipulations)، نمونه‌گیری سریالی خون (Serial blood sampling) و آزمون‌های رفتاری (Behavioral testing) را آسان‌تر می‌کند.

رت‌ها به مدت طولانی گونه‌های مورد علاقه برای فارماکولوژی، سم‌شناسی، پژوهش‌های قلبی-عروقی و مطالعات رفتاری پیچیده (Preferred species for pharmacology, toxicology, cardiovascular research, and complex behavioral studies) بوده‌اند، از جمله مدل‌های یادگیری، حافظه و اعتیاد (Learning, memory, and addiction models).

تاریخچه نشان می‌دهد که رت‌ها ابزارهای ژنتیکی کمتری نسبت به موش‌ها (Fewer genetic tools than mice) داشتند، اما پیشرفت‌های ویرایش ژنوم، از جمله فناوری CRISPR/Cas9 (CRISPR/Cas9 technology)، اکنون امکان ایجاد مدل‌های ترانس‌ژنیک و ناک‌آوت رت (Transgenic and knockout rat models) را فراهم می‌کند. فیزیولوژی، اندازه اندام‌ها و مسیرهای متابولیک آن‌ها اغلب تقریب بهتری از پاسخ‌های انسانی (Better approximations of human responses) ارائه می‌دهند، به ویژه در فارماکوکینتیک (Pharmacokinetics)، سم‌شناسی (Toxicology) و تحقیقات غدد درون‌ریز (Endocrine research).

علاوه بر این، رت‌ها به دلیل توانایی در انجام وظایف پیچیده (Complex tasks) و رفتارهای شناختی شناخته‌شده (Well-characterized cognitive behaviors) اغلب در مطالعات نورورفتاری (Neurobehavioral studies) استفاده می‌شوند.

همانند موش‌ها، ملاحظات اخلاقی و رفاهی (Ethical and welfare considerations) اهمیت زیادی دارند. رت‌ها به غنی‌سازی محیطی مناسب (Proper environmental enrichment)، نگهداری اجتماعی (Social housing) و پایش دقیق برای کاهش استرس (Careful monitoring to minimize stress) نیاز دارند، زیرا استرس می‌تواند نتایج آزمایش‌ها (Experimental outcomes) را تحت تأثیر قرار دهد. همچنین پژوهشگران باید مزایای نمونه‌های بزرگ‌تر و فیزیولوژی پیچیده‌تر (Advantages of larger sample volumes and more complex physiology) را با هزینه نگهداری بالاتر و زمان طولانی‌تر تولیدمثل (Higher maintenance costs and longer generation times) در مقایسه با موش‌ها متوازن کنند.

3.3 خوکچه هندی (Cavia porcellus) (Guinea Pig)

خوکچه هندی (Guinea pigs) جوندگان متوسط‌جثه (Medium-sized rodents) هستند که وزن آن‌ها حدود ۷۰۰–۱۲۰۰ گرم (700–1,200 grams) و طول عمرشان در شرایط آزمایشگاهی ۴–۶ سال (4–6 years) است. این گونه بیش از یک قرن در پژوهش‌های زیست‌پزشکی (Biomedical research) به کار رفته است، به ویژه در حوزه‌های ایمونولوژی (Immunology)، مطالعات بیماری‌های عفونی (Infectious disease studies)، شنوایی‌شناسی (Audiology) و تحقیقات تغذیه‌ای (Nutritional research).

یکی از مزایای منحصر به فرد (Unique advantages) آن‌ها شباهت برخی ویژگی‌های فیزیولوژیکی و ایمنی به انسان (Similarity of certain physiological and immunological features to humans) است که آن‌ها را برای مطالعه کمبود ویتامین C (Vitamin C deficiency)، سل (Tuberculosis) و واکنش‌های آلرژیک (Allergic responses) بسیار مناسب می‌کند.

خوکچه‌های هندی دارای سیستم ایمنی توسعه‌یافته (Well-developed immune system) هستند و پاسخ‌های آن‌ها به آنتی‌ژن‌ها و واکسن‌ها (Antigens and vaccines) اغلب داده‌های قابل ترجمه به انسان (Translationally relevant data) ارائه می‌دهد. آن‌ها در توسعه واکسن‌های دیفتری و سل (Vaccines for diphtheria and tuberculosis) نقش مهمی داشته‌اند. با این حال، نرخ تولیدمثل آن‌ها نسبت به موش و رت پایین‌تر است (Relatively slow reproductive rate) و نیازمند نگهداری و مدیریت تخصصی (Specialized housing and handling) برای برآورده کردن نیازهای اجتماعی و محیطی خود هستند. صداهای آن‌ها و پاسخ‌های استرسی (Vocalizations and stress responses) نشانگرهای حساس رفاه هستند و غنی‌سازی محیط و مراقبت دقیق (Proper enrichment and careful husbandry) اهمیت بالایی دارد.

با وجود اینکه استفاده از خوکچه‌های هندی امروز کمتر از موش و رت است (Less commonly used today)، آن‌ها همچنان مدل مهمی برای مطالعات ایمونولوژیکی، تنفسی و بیماری‌های عفونی خاص (Specific immunological, respiratory, and infectious disease studies) محسوب می‌شوند. پژوهشگران باید نیازهای تغذیه‌ای آن‌ها (Dietary requirements) مانند نیاز به ویتامین C در رژیم غذایی (Dietary vitamin C) و حساسیت به بیماری ناشی از استرس (Susceptibility to stress-induced illness) را هنگام برنامه‌ریزی آزمایش‌ها در نظر بگیرند.

3.4 همسترها و جربیل‌ها (Hamsters and Gerbils)

همسترها (Hamsters) جوندگان کوچک با وزن ۸۰–۱۵۰ گرم (80–150 grams) و طول عمر حدود ۲–۳ سال (2–3 years) هستند. آن‌ها به طور گسترده در مطالعات عفونت‌های ویروسی (Viral infections)، سرطان (Cancer)، متابولیسم (Metabolism) و ریتم‌های شبانه‌روزی (Circadian rhythms) استفاده می‌شوند. همسترهای سوری (Syrian hamsters – Mesocricetus auratus) رایج‌ترین گونه آزمایشگاهی هستند به دلیل قابلیت دستکاری آسان و پاسخ‌های فیزیولوژیکی قابل تکرار (Tractability and reproducible physiological responses).

همسترها به ویژه برای مدل‌سازی بیماری‌هایی مانند کاردیومیوپاتی، دیابت و برخی انواع سرطان (Cardiomyopathy, diabetes, and certain types of cancer) ارزشمندند و اغلب در میکروبیولوژی دهان و مطالعات بیماری‌های عفونی (Oral microbiology and infectious disease research) استفاده می‌شوند، زیرا به پاتوژن‌هایی که انسان را تحت تأثیر قرار می‌دهند حساس هستند (Susceptibility to pathogens that affect humans).

جربیل‌ها (Gerbils – Meriones unguiculatus) جوندگان کوچک بیابانی با وزن ۶۰–۱۲۰ گرم (60–120 grams) و طول عمر ۲–۴ سال (2–4 years) هستند. آن‌ها به طور رایج در تحقیقات عصبی (Neurological research) استفاده می‌شوند، به ویژه در مطالعات سکته، صرع و عملکرد شنوایی (Stroke, epilepsy, and auditory function)، زیرا دارای ساختارهای مغزی و عروقی مشابه انسان در جنبه‌های مرتبط (Cerebral and vascular structures resembling human anatomy in relevant aspects) هستند. جربیل‌ها همچنین برای مطالعات رفتاری (Behavioral studies)، از جمله یادگیری و حافظه (Learning and memory) ارزشمندند و رفتارهای اجتماعی و کندوکاو آن‌ها (Social and burrowing behaviors) آن‌ها را برای تحقیقات اتولوژیک (Ethological research) مناسب می‌سازد.

همسترها و جربیل‌ها به توجه دقیق به مسکن، دما و غنی‌سازی محیطی (Careful attention to housing, temperature, and enrichment) نیاز دارند. همسترها معمولاً حیوانات انفرادی هستند (Typically solitary) و ممکن است در صورت نگهداری گروهی پرخاشگر شوند (Aggressive if housed together)، در حالی که جربیل‌ها اجتماعی هستند (Social) و از نگهداری گروهی همراه با غنی‌سازی محیطی بهره می‌برند (Benefit from group housing with environmental enrichment). به دلیل اندازه کوچک (Small size)، مدیریت و پایش دقیق (Precise handling and monitoring) برای کاهش استرس و اطمینان از نتایج قابل اعتماد (Minimize stress and ensure reliable experimental outcomes) ضروری است.

4.1 خرگوش (Oryctolagus cuniculus) (Rabbit)

خرگوش‌ها (Rabbits) پستانداران متوسط‌جثه (Medium-sized mammals) هستند که معمولاً در پژوهش‌های زیست‌پزشکی (Biomedical research) به کار می‌روند. وزن آن‌ها بسته به نژاد ۲–۵ کیلوگرم (2–5 kilograms) و طول عمر آن‌ها در شرایط آزمایشگاهی ۵–۸ سال (5–8 years) است. خرگوش‌ها جایگاه مهمی بین جوندگان کوچک و پستانداران بزرگ (Intermediate niche between small rodents and larger mammals) دارند و مزایایی برای مطالعاتی که نیاز به حجم نمونه متوسط، جراحی‌ها یا آزمون‌های ایمنی‌شناسی (Moderate sample volumes, surgical procedures, or immunological assays) دارند، فراهم می‌کنند.

خرگوش‌ها در توسعه واکسن‌ها، تولید آنتی‌بادی‌ها و تحقیقات قلبی-عروقی (Vaccine development, antibody production, and cardiovascular research) نقش تاریخی داشته‌اند و هم‌چنان در سم‌شناسی (Toxicology)، چشم‌پزشکی (Ophthalmology) و مطالعات تولیدمثلی (Reproductive studies) به عنوان مدل‌های تحقیقاتی استفاده می‌شوند.

استفاده مهم در تولید آنتی‌بادی‌ها (Antibody Production)

یکی از کاربردهای برجسته خرگوش‌ها (Most notable uses) در تولید آنتی‌بادی‌ها (Antibody production) است. به دلیل حجم خون نسبتاً بالا (Relatively large blood volume) و پاسخ ایمنی قوی (Robust immune response)، خرگوش‌ها برای تولید آنتی‌بادی‌های پلی‌کلونال (Polyclonal antibodies) علیه آنتی‌ژن‌هایی که در جوندگان کوچک ضعیف ایمن‌زا هستند (Antigens weakly immunogenic in smaller rodents) ایده‌آل هستند.

علاوه بر این، آناتومی چشمی و عروقی خرگوش‌ها (Ocular and vascular anatomy) آن‌ها را به مرکز تحقیقات چشم‌پزشکی (Ophthalmic research) تبدیل کرده است، شامل آزمون تکنیک‌های جراحی، تجهیزات چشمی و داروهای گلوکوم یا آب مروارید (Surgical techniques, ocular devices, and drugs for glaucoma or cataracts).

زیست‌شناسی تولیدمثلی خرگوش‌ها (Reproductive biology) با چرخه‌های استروس قابل پیش‌بینی (Predictable estrous cycles) و اندازه زایمان نسبتاً بزرگ (Relatively large litter sizes)، امکان مطالعات زیست‌شناسی توسعه‌ای و سم‌شناسی تولیدمثلی (Developmental biology and reproductive toxicology) را فراهم می‌کند.

نیازهای رفاهی و محیطی (Welfare and Environmental Needs)

خرگوش‌ها نیازمند مسکن تخصصی (Specialized housing)، تغذیه مناسب (Appropriate nutrition) و غنی‌سازی محیطی (Environmental enrichment) هستند تا رفاه حیوان و نتایج قابل اعتماد آزمایش‌ها (Maintain welfare and reliable experimental outcomes) تضمین شود. آن‌ها حیوانات اجتماعی (Social animals) هستند و در حالی که برخی نژادها نگهداری گروهی (Group housing) را تحمل می‌کنند، برخی دیگر نیاز به قفس‌های جداگانه (Individual cages) برای جلوگیری از پرخاشگری (Aggression) دارند.

موارد غنی‌سازی (Enrichment items) مانند بلوک‌های جویدنی (Chew blocks)، فضاهای مخفی (Hiding spaces) و فرصت‌های ورزش (Opportunities for exercise) به کاهش استرس (Reduce stress) و پیشگیری از رفتارهای تکراری و غیرطبیعی (Stereotypic behaviors) کمک می‌کنند که در غیر این صورت می‌توانند نتایج پژوهشی را تحت تأثیر قرار دهند (Confound research results).

مدیریت صحیح (Proper handling) اهمیت دارد، زیرا خرگوش‌ها به مشکلات گوارشی ناشی از استرس و آسیب‌های عضلانی-اسکلتی (Stress-induced gastrointestinal issues and musculoskeletal injuries) حساس هستند اگر به درستی مدیریت نشوند.

پیشرفت‌های ژنتیکی و کاربردهای مدرن (Genetic Advances and Modern Applications)

با وجود اینکه خرگوش‌ها نسبت به موش یا رت قابلیت دستکاری ژنتیکی کمتری (Less genetically tractable) دارند، پیشرفت‌های اخیر در ویرایش ژنوم (Genome editing advances) استفاده آن‌ها را در مدل‌های ترانس‌ژنیک و مدل‌سازی بیماری‌ها (Transgenic and disease modeling applications) گسترش داده است.

اندازه متوسط، شباهت‌های فیزیولوژیک به انسان و سیستم ایمنی شناخته‌شده (Intermediate size, physiological similarities to humans, and well-characterized immune system)، خرگوش‌ها را برای مطالعاتی که جوندگان کوچک کافی نیستند اما پستانداران بزرگ غیرعملی یا غیرضروری هستند (Studies where small rodents are insufficient but large mammals are impractical or unnecessary) ضروری می‌سازد.

5. پستانداران بزرگ غیرجوندگان (Non-Rodent Large Mammals)

پستانداران بزرگ در پژوهش‌های زیست‌پزشکی (Biomedical research) ضروری هستند زمانی که ویژگی‌های آناتومیک، فیزیولوژیک یا متابولیک جوندگان کوچک (Anatomical, physiological, or metabolic characteristics of smaller rodents) برای مدل‌سازی دقیق بیماری‌های انسانی کافی نیست. اندازه بزرگ آن‌ها (Size) انجام مداخلات جراحی، تصویربرداری پیشرفته و نمونه‌گیری مکرر (Surgical interventions, advanced imaging, and repeated sampling) را ممکن می‌سازد، در حالی که سیستم‌های ارگان آن‌ها اغلب به انسان نزدیک است (Organ systems closely resemble humans).

پستانداران بزرگ رایج شامل خوک، گوسفند، بز، سگ، گربه و میمون‌های غیرانسانی (Pigs, sheep, goats, dogs, cats, and non-human primates) هستند. هر گونه دارای ویژگی‌های منحصربه‌فرد (Unique attributes) است که آن‌ها را برای کاربردهای تحقیقاتی خاص (Specific research applications) مناسب می‌کند و اهمیت علمی را با ملاحظات عملی و اخلاقی (Balancing scientific relevance with practical and ethical considerations) تلفیق می‌کند.

5.1 خوک (Sus scrofa domesticus) (Pig)

خوک‌ها (Pigs) در پژوهش‌های زیست‌پزشکی بسیار ارزشمند هستند به دلیل شباهت آناتومیک و فیزیولوژیک به انسان (Anatomical and physiological similarity to humans)، به ویژه در سیستم‌های قلبی-عروقی، گوارشی، پوستی و متابولیک (Cardiovascular, gastrointestinal, dermatological, and metabolic systems). وزن بالغ خوک‌ها بسته به نژاد ۵۰–۳۰۰ کیلوگرم (50–300 kilograms) است و طول عمر آن‌ها در محیط پژوهشی می‌تواند تا ۱۵ سال (Up to 15 years) برسد.

خوک‌ها در مطالعات قلبی-عروقی، آموزش جراحی، تحقیقات پیوند عضو، مدل‌سازی دیابت و چاقی و فارماکوکینتیک (Cardiovascular studies, surgical training, organ transplantation research, diabetes and obesity modeling, and pharmacokinetics) استفاده می‌شوند. نژادهای مینیاتوری (Miniature pig breeds) مانند یوکاتان و گوتینگن (Yucatan and Göttingen pigs) به دلیل اندازه کوچک‌تر و نگهداری آسان (Smaller size simplifies housing and handling) و حفظ فیزیولوژی مشابه انسان (Retaining relevant human-like physiology) محبوبیت زیادی دارند.

پوست خوک‌ها (Pig skin) از نظر ضخامت، ساختار و عروق خونی (Thickness, structure, and vascularization) به انسان بسیار شبیه است و آن‌ها را برای تحقیقات پوستی، مطالعات سوختگی و بهبود زخم (Dermatological research, burn studies, and wound healing experiments) ایده‌آل می‌کند. همچنین، سیستم قلبی-عروقی آن‌ها (Cardiovascular system)، شامل آناتومی شریان‌های کرونری و اندازه قلب (Coronary artery anatomy and heart size)، امکان آزمون پیش‌بالینی دستگاه‌های جراحی، استنت‌ها و داروهای قلبی (Preclinical testing of surgical devices, stents, and cardiac drugs) را در شرایطی نزدیک به انسان فراهم می‌آورد.

5.2 گوسفند و بز (Sheep and Goat)

گوسفندها و بزها (Sheep and goats) به عنوان مدل در تحقیقات قلبی-عروقی، ارتوپدی و تولیدمثل (Cardiovascular, orthopedic, and reproductive research) استفاده می‌شوند. وزن بالغ گوسفندها ۴۵–۱۰۰ کیلوگرم (45–100 kilograms) و بزها ۲۵–۸۰ کیلوگرم (25–80 kilograms) است و هر دو گونه می‌توانند تا ۱۲–۱۵ سال (12–15 years) در شرایط آزمایشگاهی زندگی کنند.

گوسفندها معمولاً در مطالعات مربوط به تکامل جنینی، بارداری، جراحی قلب و مهندسی بافت (Fetal development, pregnancy, cardiovascular surgery, and tissue engineering) به کار می‌روند. دوره بارداری طولانی و اندازه جمعیت نوزاد قابل مدیریت (Long gestation period and manageable litter sizes) آن‌ها را برای مطالعات قبل و بعد از تولد (Prenatal and neonatal studies) مناسب می‌کند.

بزها (Goats) به دلیل ساختار استخوانی مستحکم (Robust skeletal structure) اغلب در تحقیقات ارتوپدی، تست بیومواد و مطالعات عضلانی-اسکلتی (Orthopedic research, biomaterials testing, and musculoskeletal studies) استفاده می‌شوند.

هر دو گونه اجتماعی هستند (Social) و نیازمند غنی‌سازی محیطی، نگهداری گروهی و مدیریت دقیق (Environmental enrichment, group housing, and careful management) برای حفظ رفاه هستند. اندازه بزرگ آن‌ها (Larger size) نمونه‌گیری مکرر خون، مداخلات جراحی و مطالعات تصویربرداری (Surgical procedures and imaging studies) را ممکن می‌سازد که در جوندگان کوچک دشوار است.

5.3 سگ و گربه (Dog and Cat)

سگ‌ها (Canis lupus familiaris) و گربه‌ها (Felis catus) در گذشته نقش مهمی در فارماکولوژی، قلب‌شناسی و تحقیقات رفتاری (Pharmacology, cardiology, and behavioral research) داشته‌اند. وزن بالغ سگ‌ها بسته به نژاد ۷–۳۰ کیلوگرم (7–30 kilograms) و گربه‌ها ۳–۶ کیلوگرم (3–6 kilograms) است.

سگ‌ها به دلیل فیزیولوژی پیش‌بینی‌پذیر و شباهت در مسیرهای متابولیک به انسان (Predictable physiology and similarity in metabolic pathways to humans) به طور گسترده در تحقیقات قلبی-عروقی، مطالعات دیابت و آزمون ایمنی داروهای پیش‌بالینی (Cardiovascular research, diabetes studies, and preclinical drug safety testing) استفاده می‌شوند.

گربه‌ها عمدتاً در علوم اعصاب، چشم‌پزشکی و تحقیقات شنوایی (Neuroscience, ophthalmology, and auditory research) مشارکت داشته‌اند، زیرا سیستم بینایی و شنوایی آن‌ها بسیار توسعه یافته است (Highly developed visual and auditory systems).

ملاحظات اخلاقی (Ethical considerations) برای استفاده از حیوانات خانگی قابل توجه است و معمولاً استفاده آن‌ها محدود به مواقعی است که هیچ مدل جایگزینی موجود نیست (No alternative model available). هر دو گونه نیازمند غنی‌سازی اجتماعی و محیطی گسترده، مراقبت دامپزشکی و مدیریت دقیق (Extensive social and environmental enrichment, veterinary care, and careful handling) برای حفظ رفاه و کاهش استرس (Ensure welfare and minimize stress) هستند.

5.4 میمون‌های غیرانسانی (Non-Human Primates – NHPs)

میمون‌های غیرانسانی (NHPs) زمانی استفاده می‌شوند که پرسش پژوهشی نیازمند بیشترین شباهت ممکن به انسان در ژنتیک، نوروبیولوژی، ایمنی‌شناسی یا رفتار (Closest possible similarity to humans in genetics, neurobiology, immunology, or behavior) باشد. گونه‌های رایج شامل میمون رزوس (Macaca mulatta), میمون سینومولگوس (Macaca fascicularis), و مارموزت‌ها (Callithrix jacchus) هستند.

اندازه و طول عمر بالغ NHPها بسیار متغیر است، و برخی گونه‌ها بیش از ۲۵ سال در اسارت زندگی می‌کنند (Over 25 years in captivity). NHPها در علوم اعصاب، توسعه واکسن، تحقیقات بیماری‌های عفونی و مطالعات رفتار شناختی و اجتماعی (Neuroscience, vaccine development, infectious disease research, and studies of cognitive and social behavior) اهمیت حیاتی دارند.

به دلیل توانایی‌های شناختی بالا و پیچیدگی اجتماعی (High cognitive abilities and social complexity)، تحقیقات NHP نیازمند نظارت اخلاقی و ملاحظات رفاهی دقیق (Stringent ethical oversight and welfare considerations) است. مسکن باید تعامل اجتماعی، غنی‌سازی محیطی و تحریک ذهنی (Social interaction, environmental enrichment, and mental stimulation) فراهم کند. استفاده از آن‌ها به شدت قانونمند است و معمولاً آخرین راه حل در نظر گرفته می‌شود (Strictly regulated and often considered a last resort) و تنها زمانی توجیه می‌شود که هیچ گونه دیگری نتواند سوال زیستی را به طور کافی مدل کند (No alternative species can adequately model the biological question).

نکات کلیدی:

خوک‌ها: مناسب برای مطالعات قلبی-عروقی، پوست و متابولیک (Cardiovascular, dermatological, and metabolic research) و آزمون پیش‌بالینی دستگاه‌ها و داروها (Preclinical testing of devices and drugs) هستند.
گوسفند و بز: مناسب برای مطالعات قلبی-عروقی، ارتوپدی و تولیدمثل (Cardiovascular, orthopedic, and reproductive research) با امکان نمونه‌گیری و جراحی آسان‌تر نسبت به جوندگان کوچک (Facilitates sampling and surgical procedures).
سگ و گربه: استفاده محدود به موارد ضروری، نیازمند غنی‌سازی و مراقبت ویژه (Used only when necessary, requiring enrichment and veterinary care).
میمون‌های غیرانسانی: برای مطالعاتی که نیاز به شباهت نزدیک به انسان دارند، حیاتی هستند (Critical for studies requiring closest similarity to humans) و استفاده از آن‌ها بسیار قانونمند و اخلاقی است (Strictly regulated and ethically justified).

6. مدل‌های پرندگان و طیور (Avian and Poultry Models)

پرندگان، به‌ویژه مرغ‌ها (Chickens)، به عنوان مدل‌های ارزشمند (Valuable models) در زیست‌شناسی توسعه‌ای، ایمنی‌شناسی، ویروس‌شناسی و ژنتیک (Developmental biology, immunology, virology, and genetics) به کار می‌روند. فیزیولوژی تولیدمثلی منحصربه‌فرد (Unique reproductive physiology)، تکامل سریع جنینی (Rapid embryonic development) و دسترس‌پذیری جنین‌ها برای دستکاری تجربی (Accessibility of embryos for experimental manipulation)، آن‌ها را برای مطالعاتی که در پستانداران دشوار یا غیرممکن است، ضروری می‌سازد. علاوه بر این، مرغ‌ها برای برخی انواع تحقیقات جایگزین مقرون‌به‌صرفه و اخلاقی نسبت به پستانداران (Cost-effective and ethically acceptable alternative to mammals) ارائه می‌دهند.

6.1 مرغ (Gallus gallus domesticus) (Chicken)

مرغ خانگی (Domestic chicken) به دلیل جنین‌شناسی (Embryology) و پس‌زمینه ژنتیکی (Genetic background) شناخته‌شده خود، به طور گسترده در تحقیقات آزمایشگاهی (Laboratory research) استفاده می‌شود. تخم‌های بارور مرغ (Fertilized chicken eggs) به صورت خارجی قابل دسترسی (Externally accessible) هستند، که اجازه مشاهده مستقیم و دستکاری تجربی جنین‌های در حال رشد (Direct observation and experimental manipulation of developing embryos) را بدون انجام روش‌های تهاجمی روی پرنده بالغ (Invasive procedures on the adult bird) فراهم می‌کند. این ویژگی، مرغ‌ها را به مدل قدرتمند برای مطالعات توسعه جنینی، اندام‌زایی، تمایز بافتی و تشکیل عروق (Embryonic development, organogenesis, tissue differentiation, and vascular formation) تبدیل می‌کند.

تکنیک‌هایی مانند الکتروپوریشن درون تخم (In ovo electroporation) و سکوت ژنی (Gene silencing) به طور معمول در زیست‌شناسی توسعه‌ای با استفاده از جنین‌های مرغ (Developmental biology using chicken embryos) به کار می‌روند.

استفاده در ایمنی‌شناسی و بیماری‌های عفونی (Immunology and Infectious Disease Research)

مرغ‌ها همچنین در تحقیقات ایمنی‌شناسی (Immunology research)، به‌ویژه در تولید آنتی‌بادی (Antibody production) استفاده می‌شوند. سیستم ایمنی پرندگان (Avian immune system) دارای شباهت‌ها و تفاوت‌هایی با پستانداران (Similarities and differences compared to mammals) است که بینش‌هایی در مورد ایمنی ذاتی و اکتسابی (Innate and adaptive immunity) ارائه می‌دهد.

علاوه بر این، مرغ‌ها به عنوان مدل‌های بیماری‌های عفونی (Models for infectious disease studies) از جمله آنفولانزا و سایر ویروس‌های زئونوز (Influenza and other zoonotic viruses) استفاده می‌شوند و در توسعه واکسن‌ها برای کاربردهای انسانی و دامپزشکی (Vaccine development for human and veterinary applications) نقش دارند.

شرایط نگهداری و رفاه (Housing and Welfare)

مرغ‌های بالغ مورد استفاده در تحقیقات آزمایشگاهی معمولاً در شرایط مسکونی کنترل‌شده (Controlled housing conditions) با فضای کافی، نور، دما و تهویه مناسب (Adequate space, lighting, temperature, and ventilation) نگهداری می‌شوند. غنی‌سازی محیطی (Environmental enrichment) مانند میله‌های نشیمن (Perches), مناطق لانه‌سازی (Nesting areas) و حمام‌های خاک (Dust baths)، رفتارهای طبیعی را حمایت (Supports natural behaviors) و استرس را کاهش می‌دهد (Reduces stress) که می‌تواند بر نتایج تجربی تأثیر بگذارد (Influence experimental outcomes).

همچنین پژوهشگران باید زیست‌امنیت (Biosecurity) را به دقت مدیریت کنند، زیرا مرغ‌ها به برخی پاتوژن‌ها (Certain pathogens) حساس هستند که می‌توانند مطالعات را تحت تأثیر قرار دهند یا خطراتی برای سلامت انسان ایجاد کنند (Confound studies or pose risks to human health).

مزایا و محدودیت‌ها (Advantages and Limitations)

مزایای استفاده از مرغ‌ها شامل:

هزینه کم (Low cost)
سهولت نگهداری (Ease of care)
چرخه‌های تولیدمثلی سریع (Rapid reproductive cycles)
امکان انجام آزمایش‌های جنینی گسترده (Large-scale embryological experiments)

با این حال، فیزیولوژی آن‌ها به طور قابل توجهی با پستانداران متفاوت است (Physiology differs significantly from mammals)، که ممکن است کاربرد ترجمه‌ای برخی یافته‌ها را محدود کند (Limit the translational applicability of some findings).

به همین دلیل، مرغ‌ها اغلب همراه با مدل‌های پستانداران (Used in combination with mammalian models) برای اعتبارسنجی نتایج یا بررسی فرآیندهای بنیادی زیستی (Validate results or explore fundamental biological processes) به کار می‌روند.

نکات کلیدی:

مرغ‌ها: مدل‌های قدرتمند برای مطالعات جنینی، اندام‌زایی، تمایز بافتی و تشکیل عروق (Embryonic development, organogenesis, tissue differentiation, and vascular formation) هستند.
تولید آنتی‌بادی و مطالعات ایمنی‌شناسی: سیستم ایمنی پرندگان بینش‌های ارزشمند در ایمنی ذاتی و اکتسابی (Insights into innate and adaptive immunity) ارائه می‌دهد.
مزایای عملی: هزینه کم، سهولت نگهداری و چرخه‌های تولیدمثلی سریع (Low cost, ease of care, rapid reproductive cycles)
محدودیت‌ها: فیزیولوژی متفاوت با پستانداران که ممکن است ترجمه نتایج را محدود کند (Physiological differences limit translational applicability).
بهترین کاربرد: اغلب به عنوان مکمل مدل‌های پستانداران برای اعتبارسنجی نتایج (Complementary to mammalian models) استفاده می‌شوند.

7. مدل‌های آبزی (Aquatic Models)

سازمان‌های آبزی (Aquatic organisms)، به‌ویژه ماهی زبرا (Zebrafish) و قورباغه دم‌کوتاه آفریقایی (African clawed frogs, Xenopus species)، به ابزارهای ضروری در زیست‌شناسی توسعه‌ای (Developmental biology)، ژنتیک (Genetics)، سم‌شناسی (Toxicology) و مدل‌سازی بیماری‌ها (Disease modeling) تبدیل شده‌اند. تکامل سریع (Rapid development)، جنین‌های شفاف (Transparent embryos) و سهولت دستکاری ژنتیکی (Ease of genetic manipulation)، امکان مشاهده دقیق فرایندهای سلولی و بافتی (Cellular and tissue-level processes) را فراهم می‌کنند که مطالعه آن‌ها در پستانداران دشوار است. مدل‌های آبزی همچنین سیستم‌های مقرون‌به‌صرفه و با توان بالا (Cost-effective, high-throughput systems) ارائه می‌دهند که برای غربالگری داروها و سموم محیطی (Screening drugs and environmental toxins) مناسب هستند.

7.1 ماهی زبرا (Danio rerio) (Zebrafish)

ماهی زبرا (Zebrafish)، ماهی کوچک آب شیرین با وزنی تنها چند گرم و طول عمر تقریباً ۳–۵ سال در شرایط آزمایشگاهی، به طور گسترده در زیست‌شناسی توسعه‌ای، ژنتیک، علوم اعصاب و فارماکولوژی (Developmental biology, genetics, neuroscience, and pharmacology) استفاده می‌شود.

یکی از مزایای اصلی ماهی زبرا، جنین‌های شفاف آن‌ها (Transparent embryos) است که امکان مشاهده مستقیم تشکیل اندام‌ها، رگ‌زایی (Angiogenesis) و مهاجرت سلولی (Cellular migration) در زمان واقعی (Real time) را فراهم می‌کند. علاوه بر این، ماهی زبرا تعداد زیادی نوزاد تولید می‌کند (Produce large numbers of offspring) که انجام آزمایش‌های با توان بالا و غربالگری ژنتیکی (High-throughput experiments and genetic screens) را آسان می‌سازد.

ابزارهای ژنتیکی برای ماهی زبرا گسترده هستند (Genetic tools are extensive)، شامل:

خطوط ترانس‌ژنیک (Transgenic lines)
ویرایش ژنوم با CRISPR/Cas9 (CRISPR/Cas9-mediated genome editing)
اولیگونوکلئوتیدهای مورفولینو آنتی‌سنس (Morpholino antisense oligonucleotides)
سیستم‌های گزارشگر فلورسنت (Fluorescent reporter systems)

ماهی زبرا برای مطالعه تکامل قلب و عروق (Cardiovascular development)، بیماری‌های نورودژنراتیو (Neurodegenerative diseases)، بیولوژی سرطان (Cancer biology) و سم‌شناسی داروها (Drug toxicity) بسیار ارزشمند است. اندازه کوچک و محیط آبزی آن‌ها، نگهداری را ارزان و ساده می‌کند (Inexpensive to maintain) و نیازمند شرایط مسکونی و مراقبت ساده‌تر نسبت به پستانداران (Relatively simple housing and husbandry compared to mammals) است.

با این حال، ماهی زبرا سردخون و آبزی هستند (Ectothermic and aquatic)، بنابراین فیزیولوژی آن‌ها با پستانداران متفاوت است (Physiology differs from mammals) که ممکن است محدودیت در کاربرد ترجمه‌ای مستقیم داشته باشد (Limit direct translational relevance). طراحی دقیق آزمایش و توجه به تفاوت‌های گونه‌ای (Species-specific differences) ضروری است.

7.2 قورباغه دم‌کوتاه آفریقایی (Xenopus spp.) (African Clawed Frog)

قورباغه‌های آفریقایی (Xenopus laevis و Xenopus tropicalis) به عنوان مدل‌های دوزیست در زیست‌شناسی توسعه‌ای و سلولی (Amphibian models in developmental and cellular biology) به طور گسترده استفاده می‌شوند.

وزن قورباغه بالغ: X. laevis = ۵۰–۱۰۰ گرم، X. tropicalis = ۱۵–۳۰ گرم
طول عمر: تا ۱۵ سال در شرایط آزمایشگاهی

این گونه‌ها برای مطالعه جنین‌شناسی (Embryogenesis)، عملکرد ژن‌ها (Gene function)، سیگنال‌دهی سلولی (Cell signaling) و تکامل اندام‌ها (Organ development) بسیار ارزشمند هستند. جنین‌های Xenopus بزرگ، مقاوم و قابل دستکاری (Large, robust, and easily manipulated) هستند، که آن‌ها را برای میکروجت (Microinjection)، سرکوب ژن‌ها (Gene knockdown) و تصویربرداری زنده (Live imaging experiments) ایده‌آل می‌کند.

Xenopus tropicalis دارای ژنوم دی‌پلویید (Diploid genome) است که مطالعات ژنتیکی را نسبت به ژنوم تتراپلوئید X. laevis ساده‌تر می‌کند (Simplifies genetic studies). هر دو گونه به دلیل حساسیت به مواد شیمیایی در مراحل اولیه رشد (Sensitivity to chemical exposure during early development)، در سم‌شناسی و تحقیقات محیطی (Toxicology and environmental research) نیز کاربرد دارند.

قورباغه‌ها در تانک‌های آبی با کیفیت آب، دما و نور پایش‌شده (Aquatic tanks with monitored water quality, temperature, and lighting) نگهداری می‌شوند و غنی‌سازی محیطی (Environmental enrichment) برای حفظ سلامت و کاهش استرس ضروری است.

قدرت‌های مدل Xenopus شامل:

دسترسی به جنین‌ها (Embryological accessibility)
قابلیت دستکاری تجربی (Experimental tractability)
مناسب برای مطالعه تکامل مهره‌داران (Suitability for vertebrate development studies)

با این حال، مشابه ماهی زبرا، فیزیولوژی آبزی و متابولیسم سردخون آن‌ها با پستانداران متفاوت است (Aquatic physiology and ectothermic metabolism differ from mammals)، بنابراین تفسیر نتایج برای زیست‌شناسی انسانی نیازمند احتیاط است (Cautious interpretation required when applying results to human biology).

نکات کلیدی:

مدل‌های آبزی ابزارهای ایده‌آل برای مطالعات جنینی، ژنتیک و سم‌شناسی (Developmental biology, genetics, and toxicology) هستند.
ماهی زبرا: جنین‌های شفاف، تولیدمثل بالا، ابزارهای ژنتیکی گسترده و مقرون‌به‌صرفه بودن.
قورباغه Xenopus: جنین بزرگ و مقاوم، مناسب برای میکروجت و تصویربرداری زنده (Microinjection and live imaging)، و کاربرد در سم‌شناسی و محیط زیست.
محدودیت مشترک: هر دو گونه دارای فیزیولوژی آبزی و متابولیسم سردخون (Aquatic physiology and ectothermic metabolism) هستند که کاربرد ترجمه‌ای مستقیم به انسان را محدود می‌کند.
نکته عملی: طراحی دقیق آزمایش و توجه به ویژگی‌های گونه‌ای (Species-specific characteristics) برای تفسیر صحیح داده‌ها ضروری است.

8. مدل‌های بی‌مهره و مدل‌های جایگزین (Invertebrate and Alternative Models)

سازمان‌های بی‌مهره (Invertebrate organisms)، مانند مگس میوه (Drosophila melanogaster) و کرم نماتد (Caenorhabditis elegans)، به عنوان مدل‌های قدرتمند در ژنتیک (Genetics)، زیست‌شناسی توسعه‌ای (Developmental biology)، علوم اعصاب (Neurobiology) و سم‌شناسی (Toxicology) شناخته می‌شوند. سادگی ساختار (Simplicity)، چرخه زندگی کوتاه (Short lifecycles) و سهولت دستکاری ژنتیکی (Ease of genetic manipulation)، امکان انجام آزمایش‌های سریع و کم‌هزینه را فراهم می‌آورد که درک بنیادی از فرایندهای زیستی محافظت‌شده (Conserved biological processes) ارائه می‌کند. این مدل‌ها همچنین با اصل اخلاقی جایگزینی (Replacement) همسو هستند و وابستگی به حیوانات مهره‌دار را کاهش می‌دهند (Reduce reliance on vertebrate animals whenever possible).

8.1 مگس میوه (Drosophila melanogaster) (Fruit Fly)

مگس میوه (Fruit fly) یکی از متداول‌ترین ارگانیسم‌های مدل در زیست‌شناسی مدرن (Most extensively used model organisms in modern biology) است. وزن بالغ: کمتر از ۱ میلی‌گرم، طول عمر: تقریباً ۵۰–۷۰ روز در شرایط آزمایشگاهی.

مزایای اصلی مگس میوه:

ژنوم کاملاً توالی‌یابی‌شده (Fully sequenced genome)
ابزارهای ژنتیکی متنوع (Wide array of genetic tools)
مسیرهای سیگنال‌دهی به شدت محافظت‌شده (Highly conserved signaling pathways)

این ویژگی‌ها باعث می‌شود مگس میوه برای مطالعه عملکرد ژن‌ها، توسعه، رفتار و مکانیزم‌های بیماری (Gene function, development, behavior, and disease mechanisms) ارزشمند باشد.

مگس میوه نقش مهمی در کشف‌های برجسته ژنتیک (Landmark discoveries in genetics) ایفا کرده است، از جمله:

درک نقش ژن‌های هوموتیک (Homeotic genes)
مسیرهای انتقال سیگنال (Signal transduction pathways)
ریتم‌های شبانه‌روزی (Circadian rhythms)

محققان می‌توانند موتانت‌ها، خط‌های ترانس‌ژنیک و knockdownها را سریع و کم‌هزینه تولید کنند (Generate mutants, knockdowns, and transgenic lines quickly and inexpensively)، که این امکان غربالگری ژنتیکی گسترده (Large-scale genetic screens) را فراهم می‌کند.

با وجود سادگی، مگس میوه بسیاری از فرایندهای سلولی و مولکولی مشترک با انسان دارد (Shares many cellular and molecular processes with humans) و بینش‌های مرتبط با نورودژنراسیون، سرطان و اختلالات متابولیک (Neurodegeneration, cancer, and metabolic disorders) ارائه می‌دهد.

مزایای استفاده از مگس میوه:

هزینه پایین (Low cost)
توان تولیدمثل بالا (High fecundity)
زمان نسل کوتاه (Short generation time)
نگرانی‌های اخلاقی حداقلی (Minimal ethical concerns)

محدودیت‌ها: به دلیل اینکه مگس میوه بی‌مهره است (Invertebrate)، اندام‌های پیچیده و سیستم ایمنی تطبیقی ندارد (Lack complex organs and adaptive immune systems)، بنابراین برای مطالعاتی که نیاز به فیزیولوژی پستانداران یا فارماکوکینتیک (Mammalian physiology or pharmacokinetics) دارند، محدودیت دارد.

8.2 کرم نماتد (Caenorhabditis elegans) (Nematode Worm)

C. elegans یک کرم شفاف کوچک (Small, transparent nematode) با طول تقریبی ۱ میلی‌متر و طول عمر ۲–۳ هفته است. سادگی ساختار (Simplicity)، خط سلولی کاملاً نقشه‌برداری‌شده (Fully mapped cell lineage) و ژنوم به خوبی توصیف‌شده (Well-characterized genome)، آن را به یک ارگانیسم مدل برای زیست‌شناسی توسعه‌ای، علوم اعصاب، تحقیقات پیرسالی (Aging research) و سم‌شناسی (Toxicology) تبدیل می‌کند.

ویژگی متمایز: بدن شفاف آن امکان تصویربرداری درون‌زیستی (In vivo imaging) از تقسیم سلول‌ها، تشکیل اندام‌ها و فعالیت عصبی (Cell division, organ formation, and neuronal activity) را فراهم می‌کند.

دستکاری ژنتیکی در C. elegans ساده است و از روش‌های زیر استفاده می‌شود:

مهار RNA (RNA interference)
ویرایش ژنوم با CRISPR/Cas9
روش‌های ترانس‌ژنیک (Transgenic methods)

مطالعات با کرم نماتد بینش‌های بنیادی در آپوپتوز (Apoptosis)، توسعه عصبی (Neuronal development)، انتقال سیگنال (Signal transduction) و طول عمر (Longevity) ارائه کرده است. اندازه کوچک و رشد در جمعیت‌های بزرگ روی پلیت آگار یا در محیط مایع (Grow in large populations on agar plates or in liquid culture)، امکان غربالگری‌های با توان بالا (High-throughput screens) را فراهم می‌کند و از کشف دارو و آزمایش‌های سموم محیطی (Drug discovery and environmental toxicity testing) پشتیبانی می‌کند.

محدودیت‌ها:

فاقد سیستم گردش خون (Circulatory system)
فاقد ریه‌ها (Lungs)
فاقد سیستم ایمنی پیچیده (Complex immune system)

بنابراین، اگرچه C. elegans برای مطالعه فرایندهای سلولی و مولکولی محافظت‌شده (Conserved cellular and molecular processes) عالی است، نتایج اغلب نیاز به اعتبارسنجی در مدل‌های مهره‌دار قبل از ترجمه به انسان دارد (Require validation in vertebrate models before translation to human biology).

نکات کلیدی:

مدل‌های بی‌مهره ابزارهایی سریع، کم‌هزینه و اخلاقی برای مطالعه ژنتیک، توسعه و سم‌شناسی هستند.
مگس میوه: ژنوم توالی‌یابی‌شده، ابزارهای ژنتیکی گسترده، کاربرد در نورودژنراسیون، سرطان و متابولیسم.
کرم نماتد: بدن شفاف، خط سلولی کامل، مناسب برای تصویربرداری درون‌زیستی و مطالعات طول عمر.
محدودیت‌ها: هر دو فاقد سیستم‌های پیچیده پستانداران هستند و نتایج باید در مدل‌های مهره‌دار اعتبارسنجی شوند.
نکته اخلاقی: این مدل‌ها با اصل جایگزینی (Replacement) مطابقت دارند و وابستگی به حیوانات مهره‌دار را کاهش می‌دهند.

9. مدل‌های نوظهور و تخصصی (Emerging and Specialized Models)

مدل‌های حیوانی نوظهور و تخصصی (Emerging and specialized animal models) به طور فزاینده‌ای برای پاسخ به سوالات علمی پیچیده (Complex scientific questions) استفاده می‌شوند که مدل‌های سنتی نمی‌توانند به طور کامل پاسخ دهند (Traditional models cannot fully answer). این مدل‌ها اغلب از ویژگی‌های بیولوژیکی منحصر به فرد (Unique biological characteristics)، ابزارهای ژنتیکی نوین (Novel genetic tools) یا حساسیت‌های خاص به بیماری (Disease-specific susceptibilities) بهره می‌برند و مدل‌های استاندارد جوندگان، آبزیان و بی‌مهرگان را تکمیل می‌کنند (Complement standard rodents, aquatic organisms, and invertebrates). با گسترش مجموعه گونه‌های در دسترس (Repertoire of available species)، محققان می‌توانند فرایندهای فیزیولوژیک، رفتاری یا پاتولوژیک تخصصی (Specialized physiological, behavioral, or pathological processes) را با دقت بیشتری مطالعه کنند.

9.1 مدل‌های مهندسی ژنتیک و انسانی‌سازی‌شده (Genetically Engineered and Humanized Models)

پیشرفت‌های مهندسی ژنتیک (Genetic engineering) باعث شده‌اند تا موش‌ها، رات‌ها و سایر گونه‌ها با تغییرات دقیق برای شبیه‌سازی بیماری‌های انسانی (Replicate human diseases) ایجاد شوند.

مدل‌های ترانس‌ژنیک (Transgenic models): حامل ژن‌های اضافی (Additional genes) هستند.
مدل‌های ناک‌اوت و ناک-این (Knockout and knock-in models): ژن‌های خاص را حذف یا جایگزین می‌کنند (Lack or replace specific genes) تا اختلالات ژنتیکی را شبیه‌سازی کنند (Mimic genetic disorders).
مدل‌های انسانی‌سازی‌شده (Humanized models): مهندسی شده‌اند تا پروتئین‌ها، سلول‌ها یا بافت‌های انسانی (Human proteins, cells, or tissues) را بیان کنند و پیش‌بینی دقیق‌تری از اثربخشی دارو و پاسخ‌های ایمنی (Drug efficacy and immune responses) ارائه دهند.

این مدل‌ها به ویژه در انکولوژی (Oncology)، ایمنی‌شناسی (Immunology)، تحقیقات بیماری‌های عفونی (Infectious disease research) و فارماکولوژی (Pharmacology) ارزشمند هستند. برای مثال، موش‌های انسانی‌سازی‌شده با سیستم ایمنی انسانی عملکردی (Humanized mice with functional human immune systems) برای مطالعه عفونت HIV و آزمایش ایمن‌درمانی‌های نوین (Testing novel immunotherapies) ضروری‌اند.

9.2 پستانداران کوچک و جایگزین (Miniature and Alternative Mammals)

خوک‌های کوچک (Miniature pigs): به دلیل اندازه مناسب و فیزیولوژی مشابه انسان (Manageable size and human-like physiology)، در تحقیقات قلبی-عروقی، متابولیک و جراحی (Cardiovascular, metabolic, and surgical research) کاربرد دارند.
ولوهای دشتی (Prairie voles): دیدگاه‌های منحصربه‌فردی درباره رفتار اجتماعی و پیوند زوجی (Social behavior and pair bonding) ارائه می‌دهند و امکان مطالعه پدیده‌های نوروبیولوژیکی پیچیده (Complex neurobehavioral phenomena) را فراهم می‌کنند.
موش‌های لخت (Naked mole rats): با طول عمر استثنایی و مقاومت به سرطان (Exceptional longevity and cancer resistance)، به عنوان مدل‌های مهم در پیری، زیست‌شناسی سرطان و بیماری‌های نورودژنراتیو (Aging, cancer biology, and neurodegenerative disease) شناخته می‌شوند.

این پستانداران جایگزین به محققان امکان می‌دهند پدیده‌هایی را بررسی کنند که با جوندگان آزمایشگاهی استاندارد قابل مطالعه نیستند (Phenomena that cannot be studied effectively in standard laboratory rodents).

9.3 مدل‌های تخصصی غیرپستانداری (Non-Mammalian Specialized Models)

گونه‌های غیرپستانداری (Non-mammalian species) نیز برای مطالعات تخصصی به کار گرفته می‌شوند:

خارپوستان (Sea urchins)، آکسولوت‌ها (Axolotls) و پلانیاری‌ها (Planarians) به عنوان مدل در تکثیر و زیست‌شناسی توسعه‌ای (Regeneration and developmental biology) استفاده می‌شوند.
آکسولوت‌ها: توانایی بازسازی اندام‌ها و بافت‌ها (Regenerate entire limbs and organs) را دارند و بینش بی‌نظیری از مکانیزم‌های بازسازی بافت و ترمیم (Tissue regeneration and repair mechanisms) ارائه می‌دهند.
موش‌های جهش‌یافته زبرا (Zebrafish mutants): برای مطالعه بیماری‌های انسانی خاص، از جمله دیستروفی عضلانی و آریتمی قلبی (Muscular dystrophy and cardiac arrhythmias) استفاده می‌شوند و جنین‌های آن‌ها امکان غربالگری دارویی با توان بالا (High-throughput drug screening) را فراهم می‌کنند.

9.4 ملاحظات و چالش‌ها (Considerations and Challenges)

استفاده از مدل‌های نوظهور و تخصصی با چالش‌های اضافی همراه است:

استاندارد نبودن پروتکل‌های نگهداری و پرورش (Housing, husbandry, and breeding protocols may not be standardized)، نیاز به مدیریت دقیق رفاه حیوانات (Careful welfare management) را افزایش می‌دهد.
تأییدیه‌های اخلاقی و قانونی (Ethical and regulatory approvals) ممکن است توجیه دقیق (Detailed justification) لازم داشته باشند، زیرا بسیاری از این گونه‌ها کمتر در تحقیقات آزمایشگاهی استفاده می‌شوند و حساسیت‌های ناشناخته‌ای به استرس یا بیماری دارند (Less common and have unknown sensitivities).
محدودیت ابزارهای مولکولی و داده‌های زمینه‌ای (Limited availability of molecular reagents and background data) ممکن است به مطالعات اعتبارسنجی اولیه قبل از آزمایش‌های گسترده نیاز داشته باشد (Preliminary validation studies before large-scale experiments).