嚙齒類動物實驗室生物安全

作者：Michael Sidelsky·RLATG

翻譯：盧鳳珠，李燕燕，王瑋，張宏超

（香港奧星集團，中國 香港 999077）

嚙齒類動物實驗室生物安全

作者：Michael Sidelsky·RLATG

翻譯：盧鳳珠，李燕燕，王瑋，張宏超

（香港奧星集團，中國 香港 999077）

由于用于研究和疫苗研發(fā)傳染病和病原體的資金快速增長，學(xué)術(shù)機構(gòu)，政府和私人研究機構(gòu)開始尋找新的生物安全防護設(shè)施和設(shè)備解決方案。對于一些機構(gòu)來說，針對這一問題的解決方案是空間轉(zhuǎn)換或升級，一個企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展受制于現(xiàn)有的建筑系統(tǒng)。

“生物安全密閉”這一術(shù)語用于描述管理傳染性材料或藥劑的安全方法，包括那些特定的在實驗室或者動物房中處理或飼養(yǎng)的小鼠和大鼠。生物密閉減少或消除實驗室工作人員和宏觀環(huán)境暴露于危害物質(zhì)的潛在風(fēng)險。

嚙齒類動物生物密閉的解決方案

嚙齒動物生物密閉環(huán)境包含大量的工程、設(shè)計、安全、設(shè)備、通風(fēng)方面的考慮。確保人員和動物的安全，動物房的生物密閉是通過整體控制設(shè)計和建造來實現(xiàn)的。簡而言之，生物密閉的目標(biāo)是保護人員和實驗環(huán)境免于來自動物的影響和保護動物免于從實驗室環(huán)境和其他動物帶來的影響。

從設(shè)施協(xié)議和設(shè)備到實驗室管理和人員的正確使用，生物密閉必須提供合適的最大程度的保護。一旦動物受到流感等傳染性病原體，例如狂犬病病毒，皰疹和其他本地的或是外來的病原體，就要避免接觸其他動物，并且徹底避免與人員接觸，而這些都是通過既定的實驗室生物安全隔離實踐，技術(shù)，設(shè)備，和生物安全程序來實現(xiàn)的。

本文旨在提升對于BSL3級或以上環(huán)境的理解及便利,安全的應(yīng)用技術(shù)。由于采用了生物安全規(guī)程和設(shè)備,在將近30年的實驗室工作經(jīng)歷中，我個人從來沒有見過員工感染病毒的事件，我們的衛(wèi)生保健專員在每年的基礎(chǔ)調(diào)查中也沒有發(fā)現(xiàn)類似的事件。

1 生物安全級別（見表1）

四個生物安全等級水平（BSLs）是由聯(lián)邦疾病控制和預(yù)防中心設(shè)定的，它包括微生物實踐和技術(shù)的組合、安全設(shè)備和實驗室處理潛在的傳染性微生物設(shè)備的設(shè)計。每個組合水平，便于操作、記錄疑似傳染性病原體的傳播路線，和實驗室活動。

BSL-1包含適用于對健康成年人無致病作用的微生物的實驗室操作規(guī)程和實驗室設(shè)備，例如：枯草芽孢桿菌，耐格里原蟲，和傳染性犬肝炎病毒。

BSL-2級實驗室含有對人員和環(huán)境有中度潛在危害的病原體,如麻疹、沙門氏菌，弓形蟲和乙型肝炎病毒。這些病原體可以在II級生物安全柜中的安全使用（BSC），即使其產(chǎn)生飛濺和氣溶膠的可能性很低。BSL-對工作人員主要的危害是偶然的經(jīng)皮或粘膜接觸，或感染性材料的攝入。需要特別警惕這個級別環(huán)境以及BSL3級環(huán)境中污染的針頭和銳器。

BSL-3中含有可能導(dǎo)致嚴(yán)重傳染性疾病的，可以通過吸入空氣傳播的病原體。這些病原體包括：肺結(jié)核桿菌、圣路易斯腦炎病毒和貝氏柯克斯體。BSL-3級實驗室，著重強調(diào)采用第一和第二道屏障來保護處于該環(huán)境中的人員和有通過氣溶膠而感染可能性的相鄰區(qū)域環(huán)境中的人員的安全。所有的實驗室操作必須在BSC二級或者其他密閉設(shè)備內(nèi)進(jìn)行。

BSL-4級實驗室承擔(dān)著極高風(fēng)險的致命的病原體的相關(guān)工作，這種病原體可能通過氣溶膠傳播，目前沒有疫苗或有效的治療方法。BSL-4要求籠盒和動物在手套箱內(nèi)操作或者工作人員穿著一套帶有正壓的防護服，類似于宇航員的宇航服，專用生命支持系統(tǒng)進(jìn)行通風(fēng)。BSL-4級要求嚴(yán)格遵守疾病控制與預(yù)防中心的指導(dǎo)意見,不管市場信息如何暗示。

2 生物安全柜

生物安全柜是主要用來提供防止傳染性物質(zhì)飛濺或微生物程序產(chǎn)生的氣溶膠的設(shè)備。與注射，操作、讀取，數(shù)據(jù)結(jié)合使用,生物安全柜BSC需要按NSF標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試或者有NSF的認(rèn)證。

微生物實驗室常見三種類型的生物安全柜（I、II、III級）。前開門式的一級和二級生物安全柜提著重保護實驗室工作人員，其健全的微生物技術(shù)也對實驗室環(huán)境實施了很好的防護。

二級生物安全柜，主要應(yīng)用于生物安全水平2級和3級保護，還避免了來自生物安全柜內(nèi)由于操作產(chǎn)生的物料的危害。房間及其周圍的空氣被吸入到生物安全柜的格子里，來給人員提供保護。此外，高效過濾過的空氣通過形成向下的層流保護操作人員及產(chǎn)品，使柜子表面產(chǎn)生交叉感染的機會減到最小。由于空氣向下，通過工作表面之后，會通過高效空氣過濾器進(jìn)行過濾，不含污染物，部分可以循環(huán)再利用，和/或全部排出建筑物外。

氣密性高的三級生物安全柜給人員和環(huán)境提供最高水平的保護，必須應(yīng)用于生物安全四級水平。

3 溶液的稀釋

在籠盒放入生物安全柜期間或之后，生物安全柜內(nèi)的工作平面都需要檢修和凈化。我比較推薦在25年前從Roger Orcutt學(xué)到的一種技術(shù)。在換籠子的時候，用一條沾有二氧化氯溶液的纖維毛巾擦拭工作面，二氧化氯可以殺滅與之接觸到的許多病毒。

一旦打開在生物安全柜工作面上的籠盒，籠外和動物身上的微生物污染物就會被高效過濾器過濾過的空氣形成的垂直氣流強制向下吸到工作平臺。一條毛巾鋪在工作平臺，用二氧化氯溶液浸濕，用來收集和殺死許多潛在的病原體?？諝庵械牟≡w通過垂直向下氣簾，運送的到毛巾表面。用二氧化氯溶液擦拭鉗子是消除交叉污染的另一個重要方面。接下來,用鉗子將動物從臟的籠盒移送到無菌籠盒中。每一次換籠前后都要用二氧化氯溶液擦拭手套。轉(zhuǎn)移完大、小鼠后先將無菌的籠盒關(guān)閉，然后再關(guān)閉臟籠盒。

這是溶液稀釋的概念。遵守這個規(guī)程式有助于對污染進(jìn)行控制，因為每個籠盒暴露在二氧化氯溶液當(dāng)中。

4 生物安全預(yù)防措施

與感染性病原體接觸的實驗室工作人員都要了解潛在危害，并且接受培訓(xùn)，在實驗過程中可以安全有效的處理這類材料。實驗室主任負(fù)責(zé)給人員提供或安排適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)。

每個實驗室都應(yīng)該開發(fā)或采用生物安全操作手冊來識別可能發(fā)生的潛在危害，制定特定的操作和規(guī)程旨在減少或消除風(fēng)險。

個人防護產(chǎn)品一般與生物安全柜聯(lián)合使用。個人防護包括長款潔凈服（前面閉合）、手套（在手腕處與潔凈服綁在一起）、鞋套、N-95面具或呼吸器、面罩、安全眼鏡或護目鏡。

大多數(shù)生物安全二級水平的實驗室工作暴露風(fēng)險來自污染的工作環(huán)境，主要是通過與病原體直接接觸或無意接觸。二級屏障可能包括實驗室工作區(qū)域與公共區(qū)域分離、凈化設(shè)施（高壓鍋）和洗手設(shè)施的使用。

處于生物安全三級水平，當(dāng)出現(xiàn)感染性氣溶膠暴露風(fēng)險的時候，需要采取更高水平的密閉措施，防止感染性病原體外泄到外界環(huán)境中。這樣的設(shè)計特點包括專業(yè)通風(fēng)系統(tǒng)，以確保定向氣流、空氣處理系統(tǒng)以確保凈化排出空氣，去除病原體，訪問控制區(qū),實驗室入口處的氣閘艙，單獨的建筑或模塊來隔離實驗室。

如果需要了解回顧美國疾病控制和預(yù)防中心的綜合指南中規(guī)定的生物安全水平，可以查看微生物和生物醫(yī)學(xué)實驗室生物安全的網(wǎng)絡(luò)版本，網(wǎng)址：atwww.cdc.gov/.

5 生物安全隔離籠的基本知識

我于2000年開始接觸密封的生物安全隔離籠。一個真正的生物密封裝置籠架系統(tǒng)提供絕對的與外界隔離的環(huán)境。提供相當(dāng)于軟體隔離器和手套箱的密閉保護，理想的生物安全隔離籠是完全密封系統(tǒng)，配有HEPA高效過濾器的進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)。負(fù)壓控制的生物安全隔離器是完全密封的，與其他籠盒和外部環(huán)境絕對隔離，給最終用戶提供了高級水平的控制并且避免了微觀和宏觀環(huán)境的污染。

這種類型的生物安全隔離籠系統(tǒng)適用于:

*傳染病實驗（BSL-2和BSL-3）

*細(xì)胞毒性/有效的復(fù)合實驗

*檢疫室用大、小鼠類籠具

*當(dāng)與排氣設(shè)施相連時信息素的控制

*免疫缺陷和免疫亢進(jìn)動物在同一房間的安置

*過敏原控制

*育種TG，KO和標(biāo)準(zhǔn)的小鼠，小鼠病毒或不帶致病菌和/或感染相同病菌的

*咨詢安全官員和或IACUC進(jìn)行風(fēng)險評估。

由于這些潛在的應(yīng)用，飼養(yǎng)系統(tǒng)的完整性絕不能掉以輕心。系統(tǒng)必須持續(xù)地提供一個密閉的環(huán)境，盡管動物管理房在對墊料的去除，處理，清洗，暴露在高溫或化學(xué)消毒劑的環(huán)境下的工作會比較復(fù)雜。

5.1 動物籠

要想提供一個密封環(huán)境，生物安全隔離籠里在籠蓋和籠底之間應(yīng)該有一個耐用的墊圈，同時也需要在密閉的進(jìn)氣口和排氣口安裝。此外，系統(tǒng)定期確認(rèn)這些密封裝置的完整性，如建立一個檢測站，是一個明智的選擇。

5.2 生物安全隔離籠架

生物安全隔離籠架還需要加強它的密封性和耐用性。當(dāng)移除籠盒，籠架本身就是一個潛在的污染源，因此應(yīng)盡一切努力確保密封，并保護過濾。就這一點來說，高效過濾器過濾過的氣流路徑是非常關(guān)鍵的。所有高效空氣過濾器和空氣傳送系統(tǒng)之間的連接必須嚴(yán)格密封，要確保所有連接處或者管道系統(tǒng)沒有中斷，保持連續(xù)。HEP過濾器本身應(yīng)該獨立認(rèn)證，且遠(yuǎn)離險境。高效微粒空氣過濾器是幾乎是由紙制成的，所以HEPA過濾器不能洗，或者由非專業(yè)人員操作。

進(jìn)一步的保護可以添加到系統(tǒng)中，如籠盒水平的粗過濾器，通過過濾出籠盒里的顆粒來持續(xù)保持系統(tǒng)的完整性，這樣，籠盒以及籠架排氣閥門免受顆粒干擾，確保持續(xù)密封（也可以延長HEPA高效過濾器的壽命）。這種類型的“預(yù)濾器”可以用于采樣籠盒環(huán)境。作為選擇研究或者動物健康情況監(jiān)測計劃的附屬物，預(yù)過濾器批量轉(zhuǎn)移同種動物到新的清潔動物籠盒中。在動物籠盒環(huán)境中應(yīng)用這種預(yù)過濾器幾周后，該過濾器還可以用于PCR分析。這種技術(shù)減少或安樂死的小鼠或大鼠的侵入性程序的需要。該技術(shù)減少了對小鼠實施安樂死等侵入性程序的需要。只需要應(yīng)用處理廢物的粗過濾器就可以在籠中監(jiān)測病毒、細(xì)菌、寄生蟲或真菌等污染。

一個真正的密封隔離籠系統(tǒng)需要配置警報系統(tǒng)和備用電池。報警系統(tǒng)應(yīng)該可以在設(shè)備出現(xiàn)故障或者斷電的情況下聯(lián)系到動物房相關(guān)人員。備用電池應(yīng)該滿足操作人員發(fā)現(xiàn)并且糾正問題這段時間籠盒內(nèi)氣流的正常運行。

通過使用密封籠盒和生物密閉的籠架系統(tǒng)，在籠盒水平來控制病毒和其它病原體是生物安全設(shè)備的開端，整個工藝中應(yīng)用的技術(shù)確保了整個生物密閉的最終程序。

每個人都在尋找靈丹妙藥,但最簡單的方法一般不會是最安全的方法。無論在任何BSL水平，安全是最重要的，在BSL3級水平或者以上級別，更是如此。在任何時候，你都不能有降低安全等級的心態(tài)?；\架的生物密閉系統(tǒng)并非都是一樣的，他們比軟體隔離籠和手套箱更容易操作,然而他們的建筑和設(shè)計都是籠盒水平的密閉性，所以必須慎重對待。時時刻刻都要確保人員、動物和環(huán)境的安全。

雖然生物安全技術(shù)和操作規(guī)程與生物安全隔離設(shè)備聯(lián)合應(yīng)用，在保護人員、動物和環(huán)境方面起到了很大的作用，但是他們應(yīng)該結(jié)合其他實用的科學(xué)信息，針對每個實驗室的情況，定制出相應(yīng)的設(shè)備。

如果你決定在更高的生物安全水平下工作，在購買BSC和CU設(shè)備之前，需要和您的安全專員，實驗室主任在疾病預(yù)防控制中心指導(dǎo)方針下調(diào)查開發(fā)出草案程序。

Michael Sidelsky，RLATG，是Allentown的嚙齒動物設(shè)施和籠盒建造的專家，公司擁有超過40年的動物實驗室設(shè)備操作和管理的經(jīng)驗。他曾就職于動物保健和使用委員會，熟悉實驗室日常管理知識，擁有AAALAC國際認(rèn)證。

生物安全隔離籠內(nèi)氣流方向示意圖

BCU小鼠籠：密封籠，鎖蓋，墊圈，排氣預(yù)過濾器，密封的進(jìn)排氣口。

BCU生物防護架：配置、大小、形狀

空的隔離防護架：與外界環(huán)境完全隔離、密閉的進(jìn)排氣口、自動密封

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10．3969/J.ISSN．1671-6027．2015．08.005