動物實驗設計與研究方法

Week 01｜Course Introduction and a Design Mindset

陳敬元 Jing-Yuan Chen, DVM, PhD
jychen@niar.org.tw

國家實驗研究院國家生物模式中心

宜蘭大學生物技術與動物科學系

September 10, 2026

第一節｜課程簡介 / Introduction

從共同目標與設計語言開始

  1. 認識彼此的研究背景與學習需求
  2. 課程所探討的核心問題
  3. 討論幾個之後會反覆使用的語彙

獸醫師

What my granny thinks I do

What I thought I would do

What my friends think I do

The real me

關於我｜About me

  • 獸醫師 / 獸醫病理學
  • 動物傳染病與疫苗研究
    • 豬病：CSFV, PCV2
    • 禽病：PaBV, AIV
  • 非模式動物的單細胞轉錄體學 (single-cell transcriptomics)研究
    • 鸚鵡病毒接種模式
  • 從動物設施與研究品質的角度
    進行實驗設計

研究經驗一｜豬病與疫苗

  • CSFV、PCV2、field trials
  • 疫苗效力與田間應用
  • 從田間問題到動物試驗

疫苗試驗要怎麼設計，
才真的能回答田間牧場的問題？

田間牧場實際的問題

  • 疫苗反應

  • 疾病發生、牧場環境、動物年齡

研究經驗二｜禽病與診斷

病原檢測、病理變化與動物試驗

  • PaBV、AIV 與禽類疾病
  • 疾病診斷、病理變化、監測
  • 罕見 / 非模式動物試驗
    • PaBV inoculation on parrots

研究經驗三｜Host response 與 sequencing

  • scRNA-seq、spatial approaches
  • non-model species 與跨領域合作
  • Nanopore、動物監測與研究品質
    • 罕見物種、非模式物種
    • 高維度探索、缺少參考資料

為什麼有這門課？

  • 過往經驗
    • 要做動物實驗了！？
    • 找 paper、法規
    • 研究討論
    • 實際執行

  • Paper 有類似的！
    • 拿來改一下
  • 沒有人做過的實驗？
    • 新產品、非模式物種
    • 實驗計畫書 v 1, 2, 3,……
    • 實驗開始前大翻盤！！！

輪到你們｜Your turn

每人約 2 分鐘，請介紹：

  1. 目前的年級、實驗室或研究方向 (stage and research area)

  2. 過去經歷 (experience)

    • 是否接觸過動物實驗、研究計畫
    • paper reading 或 資料分析

  3. 期待了解或學習的一件事 (What are you looking forward to?)

這門課怎麼進行

  • 每週先透過課程講授與案例，建立一個 experimental design 的判斷角度
  • 每位同學選擇一篇 original animal study，作為自己的 anchor paper
  • 配合每週主題，逐步整理 research question、animal model、experimental unit、groups、outcomes、bias 與研究限制
  • 累積的內容將形成個人案例摘要，以及期末 5 分鐘分享
  • 專業術語保留英文，討論時以把研究內容說清楚為優先

一篇 paper，逐步讀完整

課程階段 閱讀重點
Weeks 1–4 選定 paper，釐清 animal use、animal model 與 research question
Weeks 5–8 檢查 experimental unit、groups、outcomes 與 bias control
Weeks 9–13 結合 PREPARE、ARRIVE，整理研究設計的優點與限制
Weeks 14–18 思考如何改進設計，完成案例摘要與 5 分鐘分享

每週增加一個閱讀角度，逐步累積，不需要反覆準備新的 paper report。

課程評量與學習任務

項目 比例 說明
課堂參與與出席 40% 穩定到課、完成課前準備並參與討論
課堂練習與案例討論 30% 完成指定的課堂練習與案例判讀
個人簡短心得或案例摘要 20% 逐步整理 anchor paper 的設計與限制
期末課堂分享或學習反思 10% 以 5 分鐘分享整學期的案例整理與學習反思

第二節｜從一篇動物研究開始

讀一篇動物研究，先掌握四件事

  1. 研究想回答什麼問題？
  2. 研究使用哪些動物，如何安排比較？
  3. 研究實際觀察到什麼結果？
  4. 哪些限制會影響我們對結果的解讀？

接下來用一篇真實的 paper 練習這四個問題。

從一篇豬病的研究開始

牧場豬隻的跛行問題

  • Mycoplasma hyosynoviae 可引起肥育豬關節炎 (arthritis) 與 跛行 (lameness)
  • 跛行會影響動物福利，也可能增加抗生素使用
  • 作者指出，目前尚無針對 M. hyosynoviae 的商用疫苗
  • 自家疫苗 (autogenous vaccine) 的效果仍缺乏充分證據

施打自家疫苗 (M. hyosynoviae bacterin)，是否能降低肥育期接受跛行治療的比例？

疫苗施打後的 IgG 抗體水準如何變化？

Maaland & Oropeza-Moe. Porcine Health Management. 2026;12:26. https://doi.org/10.1186/s40813-026-00503-7

Primary field trial｜主要試驗

  • Design：randomized、blinded、saline-controlled field trial
  • Setting：挪威一個肥育豬場及其來源仔豬場
  • Animals：來自連續 3 個 batches 的豬隻
  • Allocation：以個別豬隻分派 vaccine 或 saline control
  • Intervention：6 與 9 週齡各肌肉注射 2 mL
  • Final analysis：737 頭豬
    • vaccine：383
    • saline control：354
  • Primary endpoint：肥育期間第一次因跛行接受 tiamulin 治療

Exploratory serology｜研究設計

  • 疫苗免疫與對照組豬隻的 M. hyosynoviae-specific IgG 抗體變化。

批次豬隻

項目 豬隻數
每個 batch 免疫組 20＋對照組 20＝40 頭
3 個 batches 原規劃 40 × 3＝120 頭
實際採樣 118 頭
選取方式 依現場條件採樣 (convenience sampling)；每欄選取 1–2 對

縱向追蹤 (longitudinal sampling)

週齡 採血時間點
6 週 第一次 vaccination 前
8 週 第一次 vaccination 後
13 週 booster 後
19–21 週 肥育後期
  • 檢測方式：T20 IgG ELISA

Primary outcome｜跛行治療結果

  • 免疫組：7.8%
  • 對照組：6.8%
  • 大多數案例發生在進入肥育場後前 3 週

在這個牧場與研究條件下，疫苗未顯示可測得的跛行治療降低效果。

Timing of first lameness treatment in 54 pigs.

Exploratory serology｜Antibody profile 隨時間變化

  • 疫苗組別與 IgG seropositivity 無明顯關聯
  • ELISA S/P value 隨 sampling time 變化
  • 8 與 13 週齡較低、19–21 週齡最高
  • 圖中兩組的 S/P value 分佈大致重疊
  • 本項探索性實驗未觀察到明確的組間差異

T20 IgG ELISA antibody profiles.

作者如何說明研究限制？

作者指出：

  • 跛行動物缺少病原特異性的確診資訊。
  • 其他可能影響的 bias:
    • Vaccination timing、early infection 與 maternal immunity 可能影響結果
  • 血清學檢測只在部分動物進行，屬初步探索性的分析

從 study setting 還可以進一步追問：

  • 單一牧場的結果，可以推廣到哪些場域與豬群？

回頭看：這篇 paper 包含哪些研究問題？

  • 主要問題：接種自家疫苗是否降低跛行治療的比率？
  • 描述性結果：血清抗體如何隨時間變化？
  • 探索性分析：血清抗體是否與豬隻發生跛行有關？

閱讀時先分清楚：哪一個是主要問題，哪些是補充觀察或 exploratory analysis。

把結果放回研究條件中解讀

這項研究實際觀察的是

  • 單一牧場中的肥育豬
  • 自家疫苗與對照組的比較
  • 肥育期間因跛行而接受治療的比例

因此，研究結果支持的說法是

在這個牧場與研究條件下，自家疫苗未顯示可測得的跛行治療降低效果。

這個結果不等於已經證明該疫苗在所有牧場與所有條件下都無效。

選定你的 anchor paper

選擇一篇與自己研究方向相關的 original animal study。

下週先帶著 paper，記下：

  1. 為什麼這項研究需要使用動物？
  2. 作者選擇了什麼 animal model？
  3. 你目前看到的一個 ethics 或 3Rs 問題是什麼？

下週會先以兩人一組，簡短交換這三項觀察；不需要準備完整報告。

本週案例與下週閱讀

本週案例

下週先讀

先理解 Replacement、Reduction 與 Refinement 的基本定義

後續課程會使用的資源

設計與規劃

報告與評讀

設計工具

這些資源會在對應週次再正式使用

Thank you!