世界首例機器人操作的體細胞克隆豬在天津誕生

經過兩個多月的漫長等待，一份特殊的「親子鑒定」報告近日在天津出爐，13頭克隆小豬與「代孕」母親無血緣關係，僅與供體細胞存在「親子關係」。這從醫學上證明，世界首例機器人操作的體細胞克隆豬在天津誕生。

經過110天孕育，4月26日、29日，兩頭普通的「代孕」母豬先後順利產下了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年後，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。然而，極低的成功率，成為體細胞克隆技術發展的瓶頸。「作為最複雜的微操作之一，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，提高後續細胞培養成功率，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。

針對這些問題，南開大學團隊面向生命科學發展需求展開科研攻關，研製出具有可視化、微創化、定點化、定量化功能，集檢測分析與操作於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。

基於機器人微操作的體細胞克隆技術的關鍵難點在於，如何最大限度地減少對細胞的傷害。南開大學團隊設計並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。

具體來說，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，分別實現了基於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。如果說以往的力度是『一記重拳』，那麼現在就是『輕輕一推』。」趙新介紹，微操作系統讓抽取細胞核的過程更加「可控」「溫柔」。實驗結果表明，基於最小力的細胞撥動方法顯著減少了對細胞的傷害；後續細胞培養表明，基於最小力的細胞抽核操作，細胞後續發育率顯著提高。

「最令人興奮的是，在體外實驗中我們採用這套微操作平台對53個卵母細胞進行核移植，其中11個重構胚發育成為標誌著克隆成功的囊胚，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。

團隊將該方法應用於整個克隆豬流程，先後完成了數千例操作，來驗證方法的有效性。2017年1月初，分4批完成了510例核移植操作，並將這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，併產下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繫。可以預見，這套方法在輔助生育、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。

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