动物实验设计不会写？别急，做到这几点，立马上一个档次

在开展临床前整体动物实验时，如何合理地设计动物实验从而科学有效地阐释实验结果是至关重要的。

• 良好的动物实验设计，对提高研究工作质量，所写的论文被高水平的杂志接受发表都非常重要。（做科研的伙伴一定都知道动物实验对于一篇论文的重要性：一个设计周密的动物实验方案完全可以给文章提几个level。）
• 并且，一个好的动物实验设计，对统计学分析来说帮助很大，可以使问题变得更容易解决，而一个不正确的动物实验设计，可能使我们不能从实验结果中提炼出任何有用的信息。
• 另外，通过良好的实验设计和统计学方法也可减少动物使用数量，对满足动物实验的伦理性和经济性要求也有重要的意义。

目前，在生物医学研究领域，影响动物实验设计质量主要有以下2方面的原因：一方面是所用动物的质量不高，级别低，给实验结果的科学性带来不小的影响；另一方面，由于研究人员在实验设计和统计学分析方面的知识不足。

要想拥有一个好的动物实验设计，实验前要思考：

01 选题立项

①进行文献检索：目的是挖掘前人科研的缺陷，以及所选课题的研究进展等信息。主要是为了获得以下两方面信息：

• 了解清楚你“所研究的焦点问题都已知道些什么，明确所用的方法、动物模型，排除不必要的重复研究”；
• 为IACUC审查提供“项目不是重复研究、使用实验动物的必要性（无可替代物）、可能引起动物疼痛的操作已得到评估认可”的证据。

②提出新的假设，确定研究的主题

（1）提出的问题应包括实验将要说明的问题和它的意义。生物医学研究范畴的问题，需要从多角度多层次进行分析。从四个方面评价选题的意义：

• 目的性：选题是否有明确的目的，是否能够解答某些问题或产生某些效益。
• 科学性：所提出的假说是否能够用前人的科学原理支持，对于假说的阐述也需要满足科学性原则。
• 创新性：所提出选题的特点，包括对前人科研相关步骤的改进、在已有科研成果之中融入其他领域的特点等。
• 可行性：即可操作性，需要综合考虑经费与操作难度等因素，是决定能否实施的关键。

（2）目标应该对总目标有一个概括性的描述，对特殊的问题加以阐明。

（3）应对每一个实验方案有两个清晰的可能的结果（如：一个无效，一个预期）。无效结果明确两实验组间没有差别，预期结果表明在实验组之间有真实的差别。

02 方案制定

实验方案的制定需要满足：三要素、五原则

①三要素：

处理因素：指能使受试对象产生实验效应的一切处理手段，具体可包含中药、针灸、实验分组等方面。

受试对象：即研究主体，研究对象，实验手段的承受体。报告中应写明种属、等级、性别、年龄、品种品系、饲养方式、给药途径、模型建立等相关的一切信息。

实验效应：经过处理后，受试对象某些指标产生的变化。检测指标要求特异性与灵敏性，所得数据要求客观性与重复性。

例如：对于某药物降压效果的研究，主要处理因素为降压药物，受试对象为高血压大鼠，产生的实验效应则体现在大鼠的血压值上。

②五原则：

对照性原则：设立对照组，对照分为组间对照与自身对照，自身对照适用于相对简单的实验，组间对照分为阴性对照（即空白对照）、实验对照与阳性对照。

随机性原则：分组具有随机性，分为使用软件实现的完全随机分组以及人为操作的简单随机分组。

客观性原则：所得到数据使用方法的客观性，即便是主观性指标也要用客观性方法得到数据。

重复性原则：广义的重复包括样本数量、观察次数和研究结果（相同条件下结果可以重现）的重复，同时样本的数量要求适当，一般5-10个，可以参考发表期刊的标准。

一致性原则：主要是对于误差的控制。

③动物实验伦理

动物实验还需了解相关的原则与标准，如：动物福利原则，GLP（优良实验室规范），SOP（标准操作规程）

善待实验动物应遵守以下原则：

（1）3R原则：

• 替代（Replacement）：尽量用非生命替代动物或者用低等级动物替代高等级动物；
• 减少（Reduction）：减少动物的使用数量；
• 优化（Refinement）：降低动物受伤害程度。

（2）五项自由：

• 免于饥渴的自由；
• 免于痛苦、伤害和疾病的自由；
• 表达主要天性的自由；
• 免于恐惧和焦虑的自由；
• 享有生活舒适的自由。

研究方案设计时，宜遵循“替代、减少、优化(3R，Replacement, Reduction and Refinement)”原则，并综合科学、伦理、经济等方面因素进行考虑。

动物实验应在获得实验动物使用许可证的机构进行，并获得相应福利伦理审查和监管。

03 动物实验的设计应考虑如下几个方面：

（一）动物的选择

在刚开始设计动物实验时，可能很多人都会有这样的疑问：在进行临床前的研究过程中我们究竟该如何选择实验动物的种属呢？

根据实验目的和要求来选择，实验动物选择一般需要满足以下原则：

1.相似性原则：研究对象各方面（功能、代谢、结构等）与人类相似的动物。（使用系统发育水平最低的动物，符合3R原则中的替代原则）

2.特异性原则：解剖、生理特点符合实验目的要求的实验动物。

3.标准化原则：遗传背景清楚，模型性状显著且稳定。

4.经济易获性原则：易获得、价格便宜、易饲养。

5.适宜规格原则：选用与实验要求相适应的实验动物规格。

（1）年龄：一般选择成熟后青壮年动物。

（2）体重：在正常营养状态和饲养条件下，体重与年龄有一定相关性。

（3）性别：同品种不同性别动物对外界刺激反应一般不一致。

注：实验动物应由取得实验动物许可证的单位提供，并提供动物的种属、品系、来源、年龄、性别、体重、饲养环境和条件、动物饮食、动物健康状况（包括意外死亡）等信息。

（二）实验分组

实验设计应进行合理分组，注意设置全面的对照组。

在实验中设立对照组动物，是为了与实验组动物有一个直接对应的关系，以消除过多变量和未知变量对实验结果产生的影响。动物实验中的对照实验一般可分为空白对照、阳性对照和阴性对照。

动物分组时必须将动物随机分配到实验各组，以确保研究的变量在各组中不会导致偏差数据。

（三）动物数量的确定

样本含量是指动物实验所需要的动物数量。样本含量过小，抽样误差大，推论总体的精密度和准确度都比较差，不能发现实际存在的差别；样本含量过大，首先不符合动物福利，同时也浪费人力、物力、财力和时间。

针对不同的研究目的，样本含量有不同的确定方式，有的实验是得到足够的组织标本进行分析、有的实验是利用少量动物进行预实验或初步探索性实验、有的是进行一个假设的验证的正规实验。

需注意以下两点：

（1）由于考虑实验中动物死亡、剔除等因素，实验中各组实际使用的动物数量应比理论上计算的样本量适当增加。

（2）不均衡设计的应用。在一个研究中，并不要求各组都有相同数量的实验单位。实际上，我们通常可以设计一组的实验单位多于其他组。最常见的不均衡设计是高剂量组动物较多，以弥补研究中动物死亡造成的数据丢失，或低剂量组动物数较多，以提高阈值水平效应检测的灵敏性或确定无效应的可信性。

（四）实验数据的获取

除了一些传统常规的取材后检测（组织学、组织形态学指标、病理生理生化指标等），随着小动物成像技术的发展，活体成像这种非侵袭性成像在研究中发挥着越来越重要的作用。

（五）数据的统计和分析

几乎所有的实验的结果，包括有非常明显的实验效果的实验结果，都需要用适当的统计分析方法进行评价。

数据的分析应主要围绕研究的目的进行，对实验的假设进行验证。同时，数据分析的主要目标是提取数据中所有能被解释的有用信息，考虑生物的变异和实验所产生的误差对研究结果的影响，尤其是防止抽样误差对于实验（治疗）效果的错误判断的重要工具。

生物统计学处理数据的方法很多，最常用的统计学方法有：各组间计量资料的比较用方差分析法（F检验，one-way anova单因素方差分析），各组间计数资料的比较用卡方检验，通过概率计算得出各组间差异是否具有显著性意义。

一般认为两组数据之间差异概率P≤0.05具有显著性意义，P≤0.01具有极显著性意义，表明两组数据之间的差异不是抽样误差，而是处理因素作用所致。

现在一般实验数据的统计学处理有专用软件，如SPSS、SAS、SYSTAT、GraphPad Prism、R语言等。