相对于传统动物模型，人源的蛋白质、细胞或组织的形态、结构及功能更能反映人类本身的特点。人源化动物作为研究人类疾病的活体替代模型，在阐明发病机制、药物筛选等方面具有优势和广阔的应用前景。人源化小鼠是应用最广的人源化动物模型，许多种人类的基因、细胞或组织，包括免疫系统、肝细胞、皮肤组织、胰岛、神经细胞等已经被移植到小鼠体内；人源化抗体在抗肿瘤及抗感染领域得到迅速推广，展现了极大的运用潜力。随着免疫缺陷动物尤其是免疫缺陷小鼠的发展，人源化动物模型的应用逐渐得到重视。常用的人源化小鼠模型有以下几种。

人类和小鼠的免疫系统差异非常大，在淋巴循环、骨髓细胞、内源性免疫机制及T细胞信号通路等方面均有显著的不同，人源化免疫系统小鼠模型为在小鼠体内研究人类免疫系统的功能提供了可能。早期的人源化免疫系统小鼠模型直接采用人的外周血淋巴细胞（PBL）作为供者来源，用重症联合免疫缺陷（SCID）小鼠构建PBL-SCID人源化免疫系统小鼠模型。在该模型中得到能够维持长时间的、重建的多谱系人源化免疫系统，但是由于植入的是异种来源的成熟T细胞，随时间推移小鼠会产生移植物抗宿主疾病。为此，通过手术的方法将人胎肝、胎胸腺组织植入免疫缺陷小鼠，并通过静脉转输胎肝来源的造血干细胞、胎胸腺组织，使其更好地支持人源T细胞的发育分化。移植的人源组织在受体小鼠体内建立了完整的人造血微环境，提高了人造血细胞的多系重建水平，尤其建立了有功能的、完整的人免疫系统，包含T细胞、B细胞及树突细胞，并产生高水平的人免疫球蛋白IgM和IgG抗体。因该模型人源T细胞发育良好，被应用于艾滋病感染的研究。

在免疫缺陷小鼠的基础上建立的、带有人类肝细胞的小鼠模型。该模型利用转基因或基因敲除技术使内源性肝细胞损伤死亡，创造移植外源人肝的条件而形成嵌合体小鼠。例如，单纯疱疹病毒胸腺嘧啶核苷激酶（HSV-TK）表达系统与免疫缺陷小鼠NOD-SCID杂交成为TK-NOG小鼠，移植到该小鼠体内的人肝细胞可以正常地发挥功能达8个月之久。人源化肝脏小鼠模型既可用于研究人体环境的药物代谢，也可用于研究肝炎病毒的感染与发病机制。

前者主要用于建立移植排斥反应和感染性疾病的模型。从不同的皮肤疾病患者身上取得皮肤样本，移植到免疫缺陷小鼠，用于研究其发病机制或对新的治疗药物的评估。与使用细胞系建立的肿瘤模型相比，PDX模型减少了体外培养步骤，保持了临床肿瘤细胞的形态和分子生物学特征，因而用该模型做出的药效评价结果更为准确，与临床试验结果更为接近。

利用基因工程技术，将动物体内的免疫球蛋白基因用人类的免疫球蛋白基因替换，从而使转基因动物体内的人免疫球蛋白基因发生重排和突变，直接表达产生人类的抗体蛋白。利用转基因动物重排后的人抗体基因序列或抗体蛋白，可制备出临床使用的人源化抗体，用于重大疾病（如肿瘤等）的治疗。已有数百个来源于转基因动物的人源化抗体进入临床试验阶段。

与利用免疫缺陷动物制备的人源化模型不同，表达人类基因的动物模型不一定需要借助免疫缺陷动物。除了小鼠的人源化模型，关于大鼠及猪的人源化工作也有很多报道。人源化动物模型作为研究人类疾病的活体替代模型，在阐明发病机制、药物代谢及药物筛选等方面克服了药物代谢研究中的种属差异，尤其对临床前药物的代谢和毒理研究具有重要意义。利用人源化抗体转基因动物模型生产的抗体药物，可直接应用于人类肿瘤及感染性疾病的治疗。