世界上首例机器人克隆猪在天津出生,让机器人打开克隆技术之门

全球首例由机器人“操刀”的体细胞克隆猪近日在天津诞生,由此打开了机器人“操刀”克隆技术这扇门。

经过两个多月漫长等待,一份特殊的“亲子鉴定报告”出炉:13头克隆小猪与“代孕”母猪无血缘关系,仅与供体细胞存在“亲子关系”,这从医学上证明了,世界首例机器人操作的体细胞克隆猪在中国天津诞生。

作为开启这扇门的科学家、南开大学计算机与控制工程学院副院长赵新既兴奋又低调。

新匍京公司,经过110天孕育,两头普通的“代孕”母猪先后顺利产下了13头健康的纯种小长白猪。较之以往“手工操作”克隆技术,此次机器人的自动化“操刀”,用力更小,对细胞伤害更少,更高精度的操作将体细胞克隆技术成功的关键指标“囊胚率”从10%提高至20%。这一数据令全球同行惊讶不已。

“克隆猪是一个复杂的生物过程,我在这方面是一个外行,我们只是通过机器人微操作建立了一套批量核移植操作流程,实现了卵母细胞去核和供体细胞注射等一系列核移植关键步骤的自动化。”赵新说。

细胞核移植流程机器人化

2007年,天津市畜牧兽医研究所克隆羊产下“龙凤胎”。这个消息引发了赵新的思考,他在想:新一代微操作机器人向何处去?两者能否合作?赵新对克隆技术着了迷。

“机器人操作体细胞克隆猪”研究来自南开大学机器人所赵新教授领导的跨学科研究团队,天津市畜牧兽医研究所是主要合作单位。南开大学机器人所研发多年的“面向生物医学工程的微操作机器人系统”,曾经获2002年度国家技术发明二等奖。此次克隆猪的诞生,也是时隔15年后,该技术获得的又一重大突破。

体细胞克隆猪是改良猪品种的经典方法之一。大致可分为三步:第一步取得一个优良品种猪的体细胞和一个普通母猪的卵母细胞,第二步将卵母细胞核去除并注入优良品种猪的体细胞,第三步将其注入代孕母猪体内直至产下幼仔。

体细胞克隆是改良生物品种的经典方法之一。它将普通品种卵母细胞的细胞核去除后,注入优良品种的体细胞。这种方法的优势在于获得的后代一定是优良品种。然而,成功率极低,则成为体细胞克隆技术发展的瓶颈。针对上述问题,南开大学研究团队展开科研攻关,研制出具有可视化、微创化、定点化、定量化功能,集检测分析与操作于一体的原位显微分析与操作仪,利用该仪器实现了机器人化的细胞核移植流程。

而微操作机器人进行的是第二步,也就是操作中最难的一步。简单来讲,就是它将普通品种猪的卵母细胞的细胞核去除后,再注入优良品种猪的体细胞核。这种方法的优势在于获得的生物后代一定是优良品种。然而,这项技术成功率极低,成了制约体细胞克隆技术发展的瓶颈。

据介绍,基于机器人微操作的体细胞克隆技术的关键难点在于,如何最大限度地减少对细胞的伤害。南开大学团队设计并实现了机器人化的细胞核移植流程,包括卵母细胞拨动寻找极体、抽核和体细胞注入三部分。

赵新决定派微操作机器人“上场”。从那时起,赵新课题组与天津市畜牧兽医研究所开始了以克隆为目的的微操作机器人技术攻关。

抽取细胞核更可控更温柔

微操作机器人什么样?赵新说:“在显微镜下有两个探针,它们通过自动化操作完成相关动作。”原来机器人长这样。

科研人员通过分析微操作工具与细胞接触过程中的细胞受力情况,分别实现了基于最小力的细胞拨动与抽核,保证了细胞核移植操作过程中细胞受力最小。“手动操作拨动细胞,细胞最大变形30至40微米,经过计算后的机器人操作细胞最大变形降低至10到15微米。如果以往的力度是
一记重拳 ,那么现在就是 轻轻一推
。”赵新介绍,该微操作系统采用基于平衡压模型的操作,也让抽取细胞核的过程更加“可控”“温柔”。

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