世界首例机器人＂操刀＂的克隆猪在天津诞生

图为基于最小力的机器人体细胞核移植克隆小猪。钟鑫摄

天津7月3日电近日，经过两个多月的漫长等待，一份专门的“亲子鉴定”报告出炉，13头克隆小猪与“代孕”妈妈没有血缘关系，只与供体细胞有“亲子关系”。这从医学上证明了世界上第一只由机器人操作的体细胞克隆猪诞生于中国天津。

经过110天的妊娠，4月26日和29日，两只普通“代孕”母猪成功产下13头健康纯种小长白猪。与以往的“人工操作”克隆技术相比，机器人的自动“操作”力度更小，对细胞的损伤更小，精度更高的操作将体细胞克隆技术成功的关键指标“囊胚率”从10%提高到20%。这个数据让全球同行大吃一惊。

“机器人操纵体细胞克隆猪”的研究来自南开大学机器人研究所赵鑫教授领导的跨学科研究团队，天津畜牧兽医研究所是主要合作单位。南开大学机器人研究所多年开发的生物医学工程微操作机器人系统，于2002年获得国家技术发明二等奖。这只克隆猪的诞生，是这项技术15年后的又一重大突破。

体细胞克隆是改良生物品种的经典方法之一。它去除普通卵母细胞的细胞核，注入优良品种的体细胞。这种方法的优点是获得的后代必须是优良品种。但是成功率极低，成为体细胞克隆技术发展的瓶颈。

“作为最复杂的微操作之一，体细胞克隆技术迫切需要实现自动化。通过机器人体细胞核移植手术，提高后续细胞培养的成功率，进而提高整体体细胞克隆技术的成功率，对我们来说是一个真正的挑战。”赵信说。

针对上述问题，南开大学研究团队开展了生命科学发展的科学研究，开发了一种集检测、分析和操作于一体的可视化、微创、定点和定量功能的原位微量分析和操作仪器，并利用该仪器实现了机器人核移植过程。

据报道，基于机器人显微操作的体细胞克隆技术的关键难点是如何将对细胞的损伤降到最低。南开大学团队设计并实现了一个机器人核移植过程，包括卵母细胞移动寻找极体、细胞核提取和体细胞注射三个部分。

通过分析微操作工具与细胞接触过程中的细胞应力，研究人员分别实现了基于最小力的细胞拨动和细胞核提取，保证了细胞核移植操作过程中的最小细胞应力。“人工移动细胞时，细胞的最大变形量为30-40微米，计算后细胞的最大变形量减少到10-15微米。如果说之前的力量是‘一记重拳’，那么现在就是‘轻轻一推’。”赵鑫认为，微操作系统采用基于平衡压力模型的操作，也使得提取原子核的过程更加可控和温和。

实验结果表明，基于最小力的细胞拨号方法显著降低了对细胞的损伤；随后的细胞培养表明，与手工操作相比，基于最小力细胞取芯操作的后续细胞发育率明显更高。

“最令人兴奋的是，在体外实验中，我们使用这个显微操作平台对53个卵母细胞进行了核移植，其中11个重构胚胎发育成囊胚，标志着克隆的成功，发育率为21%。然而，体细胞克隆的囊胚率一直保持在10%左右赵信说。

为了使这项技术“开花结果”，南开大学的研究团队将这种核移植方法应用到克隆猪的整个过程中，先后完成了数千次核移植手术，验证了该方法的有效性。2017年1月初，分4批完成510次核移植手术，将这510个克隆胚胎移植给6头母猪。最后两只母猪成功受孕，4月26日和29日分别产下7头和6头猪，共13头健康克隆猪。

“我们的研究首次从细胞发育的角度指导微操作，通过细胞应激将微操作过程与细胞发育结果联系起来。这种方法的推广可以进一步提高微操作技术对整个生物过程的贡献。可以预见，它在辅助生殖、动植物品种改良、大众医疗、畜牧生产等领域具有良好的应用前景。”赵信说。

据了解，该项目得到了国家重大科研仪器开发项目、“863”计划先进制造领域、天津智能机器人重大科技项目的支持。