世界首例機器人“操刀”的克隆豬在天津誕生
原發表日期：2017-07-04
來源：中國發展網
摘要：科研人員通過分析微操作工具與細胞接觸過程中的細胞受力情況，分別實現了基于最小力的細胞撥動與抽核，保證了細胞核移植操作過程中細胞受力最小。“我們的研究第一次從細胞的發育角度指導微操作，通過細胞受力將微操作過程與細胞發育結果建立聯系。
圖為基于最小力的機器人化體細胞核移植與克隆豬仔。（南開大學供圖） 鐘欣 攝
中新網天津7月3日電(記者 張道正 通訊員 吳軍輝)近日，經過兩個多月的漫長等待，一份特殊的“親子鑒定”報告出爐，13頭克隆小豬與“代孕”母親無血緣關系，僅與供體細胞存在“親子關系”。這從醫學上證明了，世界首例機器人操作的體細胞克隆豬在中國天津誕生。
經過110天孕育，4月26日、29日，兩頭普通的“代孕”母豬先后順利產下了13頭健康的純種小長白豬。較之以往“手工操作”克隆技術，此次機器人的自動化“操刀”，用力更小，對細胞傷害更少，更高精度的操作將體細胞克隆技術成功的關鍵指標“囊胚率”從10%提高至20%。這一數據令全球同行驚訝不已。
“機器人操作體細胞克隆豬”研究來自南開大學機器人所趙新教授領導的跨學科研究團隊，天津市畜牧獸醫研究所是主要合作單位。南開大學機器人所研發多年的“面向生物醫學工程的微操作機器人系統”，曾獲2002年度國家技術發明二等獎。此次克隆豬的誕生，也是時隔15年后，該技術獲得的又一重大突破。
體細胞克隆是改良生物品種的經典方法之一。它將普通品種卵母細胞的細胞核去除后，注入優良品種的體細胞。這種方法的優勢在于獲得的后代一定是優良品種。然而，成功率極低，成為體細胞克隆技術發展的瓶頸。
“作為最復雜的微操作之一，體細胞克隆技術急需實現機器人化。通過機器人化體細胞核移植操作，提高后續細胞培養成功率，進而提高整個體細胞克隆技術的成功率，是我們面臨的真正挑戰。”趙新說。
針對上述問題，南開大學研究團隊面向生命科學發展需求展開科研攻關，研制出具有可視化、微創化、定點化、定量化功能，集檢測分析與操作于一體的原位顯微分析與操作儀，利用該儀器實現了機器人化的細胞核移植流程。
據介紹，基于機器人微操作的體細胞克隆技術的關鍵難點在于，如何最大限度地減少對細胞的傷害。南開大學團隊設計并實現了機器人化的細胞核移植流程，包括卵母細胞撥動尋找極體、抽核和體細胞注入三部分。
科研人員通過分析微操作工具與細胞接觸過程中的細胞受力情況，分別實現了基于最小力的細胞撥動與抽核，保證了細胞核移植操作過程中細胞受力最小。“手動操作撥動細胞，細胞最大變形30至40微米，經過計算后的機器人操作細胞最大變形降低至10到15微米。如果以往的力度是‘一記重拳’，那么現在就是‘輕輕一推’。”趙新介紹，該微操作系統采用基于平衡壓模型的操作，也讓抽取細胞核的過程更加“可控”“溫柔”。
實驗結果表明，基于最小力的細胞撥動方法顯著減少了對細胞的傷害；后續細胞培養表明，與人工操作相比，基于最小力的細胞抽核操作，細胞后續發育率顯著更高。
“最令人興奮的是，在體外實驗中我們采用這套微操作平臺對53個卵母細胞進行核移植，其中11個重構胚發育成為標志著克隆成功的囊胚，發育率達到21%。而此前體細胞克隆的囊胚率始終維持在10%左右。”趙新說。
為了讓這項技術“開花結果”，南開大學科研團隊，將該核移植方法應用于整個克隆豬流程，先后完成了數千例核移植操作，來驗證方法的有效性。2017年1月初，分四批完成了510例核移植操作，并將這510枚克隆胚胎移植到6頭母豬體內。最終，兩頭母豬順利受孕，并與4月26、29日分別產下7頭、6頭，共計13頭健康的克隆豬。
“我們的研究第一次從細胞的發育角度指導微操作，通過細胞受力將微操作過程與細胞發育結果建立聯系。這套方法的推廣可進一步提高微操作技術對整體生物過程的貢獻。可以預見，在輔助生育、動植物品種改良以及大眾醫療、家畜生產等領域具有很好的應用前景。”趙新說。
據了解，該項目獲得國家重大科研儀器研制專項、“863”計劃先進制造領域、天津市智能機器人重大科技專項支持。(完)
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