جرذ المختبر

في عام 1895، أنشأت جامعة كلارك في ووستر، ماساتشوستس ، مجموعة من الفئران البنية البيضاء المنزلية لدراسة آثار النظام الغذائي ولإجراء دراسات فسيولوجية أخرى.

بدأ أول مستعمرة فئران في أمريكا تستخدم لأبحاث التغذية في يناير 1908 بواسطة إلمر ماكولوم ^{[ 11 ]} ، ثم استخدم توماس بور أوزبورن ولافييت مندل الاحتياجات الغذائية للفئران لتحديد تفاصيل التغذية البروتينية .

تمت دراسة علم الوراثة للفئران بواسطة ويليام إرنست كاسل في معهد بوساي التابع لجامعة هارفارد حتى إغلاقه في عام 1936. ^{[ 12 ]}

تم تحديد تسلسل جزء كبير من جينوم فأر النرويج (Rattus norvegicus) . ^{[ 13 ]} في أكتوبر 2003، نجح الباحثون في استنساخ فأرين مخبريين عن طريق نقل النواة . كان هذا أول تطور ضمن سلسلة من التطورات التي بدأت تجعل الفئران قابلة للدراسة كحيوانات بحثية في علم الوراثة ، على الرغم من أنها لا تزال متأخرة عن الفئران، التي تُعدّ أكثر ملاءمة لتقنيات الخلايا الجذعية الجنينية المستخدمة عادةً في التلاعب الجيني . يرى العديد من الباحثين الذين يرغبون في ربط الملاحظات المتعلقة بالسلوك والوظائف الفسيولوجية بالجينات الكامنة أن جوانب هذه الخصائص في الفئران أكثر صلة بالبشر وأسهل في الملاحظة منها في الفئران، مما أعطى دفعة لتطوير تقنيات البحث الجيني القابلة للتطبيق على الفئران.

اقترح دبليو إس سمول أن الفئران يمكن أن تقيس معدل التعلم في المتاهة ؛ وهو اقتراح استخدمه جون بي واتسون في أطروحته للدكتوراه عام 1903. ^{[ 14 ]}

أثبتت فئران المختبر فائدتها في الدراسات النفسية المتعلقة بالتعلم والعمليات العقلية الأخرى، ^{[ 15 ]} وكذلك في فهم سلوك الجماعات والاكتظاظ (مع عمل جون ب. كالهون حول ظاهرة "الاستنزاف السلوكي" ). ^{[ 16 ] [ 17 ]} ووجدت دراسة أجريت عام 2007 أن الفئران تمتلك ما وراء المعرفة ، وهي قدرة عقلية كانت موثقة سابقًا فقط لدى البشر وبعض الرئيسيات . ^{[ 18 ] [ 19 ]}

تمت دراسة الوظيفة التناسلية للفئران في معهد البيولوجيا التجريبية بجامعة كاليفورنيا، بيركلي بواسطة هربرت ماكلين إيفانز وجوزيف أ. لونج. ^{[ 20 ]}

لطالما استخدمت الفئران في أبحاث السرطان ؛ على سبيل المثال، في معهد كروكر لأبحاث السرطان . ^{[ 21 ]}

قارنت دراسة أجريت عام 1972 الأورام في فئران سلالة سبريج داولي من ستة موردين تجاريين مختلفين ، ووجدت اختلافات كبيرة في معدلات الإصابة بأورام الغدد الصماء والثدي . بل وُجدت اختلافات كبيرة أيضًا في معدلات الإصابة بأورام لب الكظر بين الفئران من نفس المصدر التي رُبّيت في مختبرات مختلفة. جميع أورام الخصية، باستثناء ورم واحد ، ظهرت في الفئران من مورد واحد. ووجد الباحثون أن معدل الإصابة بالأورام في فئران سبريج داولي من موردين مختلفين يختلف فيما بينها بقدر اختلافه عن سلالات الفئران الأخرى. وشدد مؤلفو الدراسة على ضرورة توخي الحذر الشديد عند تقييم دراسات التسرطن التي تُجرى في مختبرات مختلفة و/أو على فئران من مصادر مختلفة. ^{[ 22 ]}

تُعدّ الأقواس الأبهرية للفئران من بين أكثر النماذج الحيوانية شيوعًا في الدراسات، نظرًا لتشابهها التشريحي الكبير مع الجهاز القلبي الوعائي البشري . ^{[ 23 ]} تُظهر الأقواس الأبهرية في كل من الفئران والبشر تفرعات لاحقة للجذع العضدي الرأسي ، والشريان السباتي الأصلي الأيسر ، والشريان تحت الترقوة الأيسر ، بالإضافة إلى انحناء غير مستوٍ متشابه هندسيًا في فروع الأبهر . ^{[ 23 ]} تُظهر الأقواس الأبهرية المدروسة في الفئران تشوهات مشابهة لتلك الموجودة في البشر، بما في ذلك تغيرات في الشرايين الرئوية ووجود قوسين أبهريين أو غيابهما. ^{[ 24 ]} على الرغم من وجود تشابه تشريحي في موضع القلب داخل الصدر، إلا أن نموذج الفئران للقلب وبنيته يظل أداة قيّمة لدراسة أمراض القلب والأوعية الدموية لدى البشر. ^{[ 23 ]}

استُخدمت حنجرة الفئران في تجارب شملت سمية الاستنشاق، ورفض الطعوم، والاستجابات الإشعاعية. وصفت إحدى التجارب أربع خصائص لحنجرة الفئران. أولها موقع وارتباطات العضلة الدرقية الطرجهالية، والعضلة الحلقية الطرجهالية الجناحية، والعضلة الحلقية الطرجهالية العلوية، وهي العضلة التي سُميت حديثًا والتي تمتد من الغضروف الطرجهالي إلى حديبة وسطية على الغضروف الحلقي. لم تُلاحظ هذه العضلات المُسماة حديثًا في حنجرة الإنسان. بالإضافة إلى ذلك، وُصف موقع وتكوين الغضروف الجناحي للحنجرة. أما الخاصية الثانية، فكانت تشابه شكل العضلات المُسماة حديثًا مع تلك الموجودة في حنجرة الإنسان. وأخيرًا، كان الفهم الواضح لكيفية توزيع الاستجابات الحركية المُستحثة (MEPs) في كل عضلة من عضلات الحنجرة مفيدًا في فهم تأثيرات حقن توكسين البوتولينوم. تركزت الاستجابات الحركية المستحثة (MEPs) في العضلة الحلقية الطرجهالية الخلفية، والعضلة الحلقية الطرجهالية الجانبية، والعضلة الحلقية الدرقية، والعضلة الحلقية الطرجهالية العلوية، بشكل رئيسي في منتصف البطن. بالإضافة إلى ذلك، تركزت الاستجابات الحركية المستحثة في العضلة الدرقية الطرجهالية الإنسية في منتصف البطن، بينما تركزت الاستجابات الحركية المستحثة في العضلة الدرقية الطرجهالية الجانبية في الثلث الأمامي من البطن. أما السمة الرابعة والأخيرة التي تم توضيحها فهي كيفية توزيع الاستجابات الحركية المستحثة في العضلة الدرقية الطرجهالية. ^{[ 25 ]}

كرّس العلماء جزءًا من أبحاثهم لدراسة تنظيم درجة حرارة ذيل الفأر. يعمل ذيل الفأر كمبادل حراري متغير، حيث يسمح تدفق الدم فيه بتنظيم درجة الحرارة، إذ يخضع لسيطرة الأعصاب الودية المُضيّقة للأوعية الدموية. ^{[ 26 ]} يحدث توسع الأوعية الدموية عند ارتفاع درجة حرارة الذيل، مما يؤدي إلى فقدان الحرارة. بينما يحدث تضيق الأوعية الدموية عند انخفاض درجة حرارة الذيل، مما يسمح بالاحتفاظ بالحرارة. وقد استُخدم تنظيم درجة حرارة ذيل الفأر لدراسة عملية الأيض. ^{[ 27 ]}

جرذ ويستار هو جرذ أمهق مهجن. طُوِّر هذا السلالة في معهد ويستار عام ١٩٠٦ لاستخدامه في البحوث البيولوجية والطبية، ويُعدّ أول جرذ يُطوَّر ليكون كائنًا نموذجيًا في وقت كانت فيه المختبرات تستخدم في المقام الأول فأر المنزل ( Mus musculus ). أكثر من نصف سلالات جرذان المختبرات تنحدر من المستعمرة الأصلية التي أسسها عالم وظائف الأعضاء هنري هربرت دونالدسون ، والمدير العلمي ميلتون ج. غرينمان ، وباحثة علم الوراثة/علم الأجنة هيلين دين كينغ . ^{[ ٣١ ] [ ٣٢ ] [ ٣٣ ]}

يُعدّ جرذ ويستار حاليًا من أكثر أنواع الجرذان شيوعًا في الأبحاث المخبرية. يتميز برأسه العريض، وأذنيه الطويلتين، وذيله الذي يكون دائمًا أقصر من طول جسمه. وقد طُوّر كلٌّ من جرذ سبريج داولي وجرذ لونغ إيفانز من جرذ ويستار. يتميز جرذ ويستار بنشاطه الأكبر مقارنةً بأنواع أخرى مثل سبريج داولي. كما يُعدّ جرذ ارتفاع ضغط الدم التلقائي وجرذ لويس من السلالات المعروفة الأخرى المُطوّرة من جرذ ويستار.

جرذ لونغ-إيفانز هو سلالة مهجنة من الجرذان، طُوِّرت عام ١٩١٥ على يد لونغ وإيفانز عن طريق تهجين عدة إناث من جرذان ويستار مع ذكر رمادي بري. يتميز جرذ لونغ-إيفانز بلونه الأبيض مع غطاء أسود، أو أحيانًا الأبيض مع غطاء بني. يُستخدم ككائن نموذجي متعدد الأغراض ، وخاصة في البحوث السلوكية، لا سيما في أبحاث الكحول. يستهلك جرذ لونغ-إيفانز الكحول بمعدل أعلى بكثير مقارنةً بالسلالات الأخرى، مما يقلل الوقت اللازم لإجراء هذه الدراسات السلوكية.

جرذ سبريج داولي سلالة مهجنة متعددة الأغراض من الجرذان البيضاء ، تُستخدم على نطاق واسع في البحوث الطبية والتغذوية. ^{[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]} ميزتها الرئيسية هي هدوؤها وسهولة التعامل معها. ^{[ 38 ]} أُنتجت هذه السلالة من الجرذان لأول مرة في مزارع سبريج داولي (التي أصبحت فيما بعد شركة سبريج داولي للحيوانات ) في ماديسون، ويسكونسن ، عام 1925. كان الاسم في الأصل مُركبًا من واصلة، على الرغم من أن العلامة التجارية الحالية (سبريج داولي، العلامة التجارية المستخدمة من قبل شركة إينوتيف ) لا تحتوي على واصلة. يبلغ متوسط ​​عدد صغار جرذ سبريج داولي 11.0. ^{[ 39 ]}

تتميز هذه الفئران عادةً بذيل أطول مقارنةً بطول جسمها مقارنةً بفئران ويستار. وقد استُخدمت في قضية سيراليني ، حيث زُعم أن مبيد الأعشاب راوند أب يزيد من احتمالية الإصابة بالأورام لدى هذه الفئران. ومع ذلك، ونظرًا لأن هذه الفئران معروفة بنمو الأورام لديها بمعدل مرتفع (ومتفاوت للغاية)، فقد اعتُبرت الدراسة معيبة في تصميمها ونتائجها غير مدعومة بأدلة. ^{[ 40 ]}

يُعدّ فأر التكاثر الحيوي (المعروف أيضًا باسم فأر التكاثر الحيوي المعرض للإصابة بالسكري أو فأر BBDP) سلالةً متماثلة الجينات تُصاب تلقائيًا بداء السكري من النوع الأول المناعي الذاتي . ومثل فئران NOD ، يُستخدم فأر التكاثر الحيوي كنموذج حيواني لداء السكري من النوع الأول. تُحاكي هذه السلالة العديد من سمات داء السكري من النوع الأول لدى الإنسان، وقد أسهمت بشكل كبير في أبحاث آلية حدوث هذا المرض. ^{[ 41 ]}

جرذ براتلبورو سلالة طُوِّرت على يد هنري أ. شرودر والفني تيم فينتون في غرب براتلبورو ، فيرمونت، بدءًا من عام 1961، لصالح كلية دارتموث الطبية . يحمل هذا الجرذ طفرة جينية طبيعية تجعل أفراده غير قادرين على إنتاج هرمون الفازوبريسين ، الذي يُساعد في تنظيم وظائف الكلى. كان هنري شرودر والفني تيم فينتون يُربّيان هذه الجرذان لاستخدامها في المختبر، ولاحظا أن صغارها البالغ عددها 17 جرذًا تشرب الماء وتتبول بكثرة.

تُوفر فئران المختبر عديمة الشعر للباحثين بيانات قيّمة حول ضعف الجهاز المناعي وأمراض الكلى الوراثية. ويُقدّر أن هناك أكثر من 25 جينًا تُسبب الصلع المتنحي في فئران المختبر. ^{[ 42 ]} ومن أكثرها شيوعًا ما يُشار إليه بـ rnu (Rowett nude)، وfz (fuzzy)، وshn (shorn).

• تفتقر فئران روويت العارية، التي تم التعرف عليها لأول مرة عام 1953 في اسكتلندا، إلى الغدة الزعترية . ويؤدي غياب هذا العضو إلى إضعاف جهاز المناعة لديها بشدة، حيث تزداد التهابات الجهاز التنفسي والعينين بشكل ملحوظ. ^{[ 43 ]}
• تم التعرف على فئران "فازي" في عام 1976 في مختبر بولاية بنسلفانيا. والسبب الرئيسي للوفاة بين فئران "فز/فز" هو الفشل الكلوي التدريجي الذي يبدأ في عمر سنة واحدة تقريبًا. ^{[ 44 ]}
• تم تربية الفئران المحلوقة من فئران سبريج داولي في ولاية كونيتيكت عام 1998. ^{[ 45 ]} كما أنها تعاني من مشاكل كلوية حادة.

طُوِّرَ جرذ لويس على يد مارغريت لويس من سلالة ويستار في أوائل خمسينيات القرن العشرين. تشمل خصائصه اللون الأبيض، والسلوك الوديع، وانخفاض الخصوبة. ^{[ 46 ]} يُعاني جرذ لويس من عدة أمراض تلقائية: أولًا، قد يُصاب بارتفاع معدلات الإصابة بالأورام، حيث يتحدد متوسط ​​عمره بشكل رئيسي بناءً على ذلك. من أكثرها شيوعًا أورام الغدة النخامية وأورام الغدة الكظرية/السرطانات الغدية في كلا الجنسين، وأورام الغدة الثديية وسرطانات بطانة الرحم لدى الإناث، وأورام الغدة الدرقية/السرطانات الغدية من نوع الخلايا C وأورام الجهاز المكون للدم لدى الذكور. ثانيًا، جرذان لويس مُعرَّضة للإصابة بسرطان الدم الليمفاوي القابل للزرع بشكل تلقائي. أخيرًا، عند بلوغها سنًا متقدمة، قد تُصاب أحيانًا بتصلب الكبيبات الكلوي التلقائي. ^{[ 46 ]}

تشمل التطبيقات البحثية أبحاث زراعة الأعضاء، والتهاب المفاصل والالتهابات المستحثة، والتهاب الدماغ التحسسي التجريبي، وداء السكري المستحث بواسطة الستربتوزوتوسين. ^{[ 47 ] [ 46 ]}

يُعدّ فأر الكلية الملكية للجراحين (أو فأر RCS) أول حيوان معروف مصاب بالتنكس الشبكي الوراثي. على الرغم من أن الخلل الجيني لم يكن معروفًا لسنوات عديدة، فقد تم تحديده في عام 2000 على أنه طفرة في جين MERTK. تؤدي هذه الطفرة إلى خلل في عملية البلعمة التي تقوم بها الخلايا الصبغية الشبكية للأجزاء الخارجية للخلايا المستقبلة للضوء. ^{[ 48 ]}

يُعدّ فأر كاواساكي المهتز (SRK) طفرةً وراثيةً متنحيةً جسديةً ، ناتجةً عن حذفٍ قصيرٍ في جين RELN (الريلين). ^{[ 49 ]} يؤدي هذا إلى انخفاض التعبير عن بروتين الريلين، الضروري لتكوين طبقات القشرة الدماغية ونمو المخيخ بشكلٍ سليم . ويُشابه نمطه الظاهري نمط فأر ريلر الذي خضع لدراساتٍ واسعة . وُصِفَ فأر كاواساكي المهتز لأول مرةٍ عام 1988. ^{[ 50 ]} ويُعتبر هذا الفأر، إلى جانب فأر لويس، من السلالات المعروفة التي طُوِّرت من فئران ويستار.

تمت تربية فئران زوكر لتكون نموذجًا وراثيًا لأبحاث السمنة وارتفاع ضغط الدم. سُميت هذه الفئران نسبةً إلى لويس إم. زوكر وثيودور إف. زوكر، الباحثين الرائدين في دراسة جينات السمنة. يوجد نوعان من فئران زوكر: فئران زوكر النحيلة، والتي يُشار إليها بالصفة السائدة (Fa/Fa) أو (Fa/fa)؛ وفئران زوكر البدينة (أو الدهنية) أو فئران زوكر المصابة بالسكري والدهون (فئران ZDF)، والتي تُمثل في الواقع صفة متنحية (fa/fa) لمستقبلات اللبتين ، وتصل أوزانها إلى كيلوغرام واحد (2.2 رطل) - أي أكثر من ضعف الوزن المتوسط. ^{[ 51 ] [ 52 ] [ 53 ]} 

تتميز فئران زوكر البدينة بارتفاع مستويات الدهون والكوليسترول في دمائها، ومقاومتها للأنسولين دون ارتفاع سكر الدم ، واكتسابها للوزن نتيجة زيادة حجم وعدد الخلايا الدهنية . [ ^{54 ] ترتبط} السمنة في فئران زوكر بشكل أساسي بنهمها الشديد للطعام وجوعها المفرط؛ ومع ذلك، فإن تناول الطعام لا يفسر بشكل كامل ارتفاع نسبة الدهون في الدم أو التركيب العام للجسم. ^{[ 52 ] [ 54 ]}

الفأر المُعدَّل جينيًا (يُكتب أيضًا knock out أو knock-out ) هو فأر مُعدَّل وراثيًا تم تعطيل جين واحد فيه من خلال طفرة مُستهدفة . يُمكن لهذه الفئران محاكاة الأمراض البشرية، وهي أدوات مهمة لدراسة وظائف الجينات واكتشاف الأدوية وتطويرها. أصبح إنتاج هذه الفئران ممكنًا تقنيًا في عام 2008، بفضل تمويل قدره 120 مليون دولار من المعاهد الوطنية للصحة (NIH) عبر اتحاد مشروع تسلسل جينوم الفئران ، والعمل الذي أنجزه أعضاء اتحاد الفئران المُعدَّلة جينيًا (KORC). تقوم شركة SAGE Labs حاليًا بتسويق نماذج الفئران المُعدَّلة جينيًا لأمراض باركنسون ، ومرض الزهايمر ، وارتفاع ضغط الدم ، والسكري ، باستخدام تقنية نوكلياز أصابع الزنك .