經(jīng)過(guò)110天孕育，4月26日、29日，兩頭普通的“代孕”母豬先后順利產(chǎn)下了13頭健康的純種小長(cháng)白豬。較之以往“手工操作”克隆技術(shù)，此次機器人的自動(dòng)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(shù)成功的關(guān)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(lái)自南開(kāi)大學(xué)機器人所趙新教授領(lǐng)導的跨學(xué)科研究團隊，天津市畜牧獸醫研究所是主要合作單位。南開(kāi)大學(xué)機器人所研發(fā)多年的“面向生物醫學(xué)工程的微操作機器人系統”，曾獲2002年度國家技術(shù)發(fā)明二等獎。此次克隆豬的誕生，也是時(shí)隔15年后，該技術(shù)獲得的又一重大突破。

　　體細胞克隆是改良生物品種的經(jīng)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(yōu)良品種的體細胞。這種方法的優(yōu)勢在于獲得的后代一定是優(yōu)良品種。然而，成功率極低，成為體細胞克隆技術(shù)發(fā)展的瓶頸。

　　“作為最復雜的微操作之一，體細胞克隆技術(shù)急需實(shí)現機器人化。通過(guò)機器人化體細胞核移植操作，提高后續細胞培養成功率，進(jìn)而提高整個(gè)體細胞克隆技術(shù)的成功率，是我們面臨的真正挑戰。”趙新說(shuō)。

　　針對上述問(wèn)題，南開(kāi)大學(xué)研究團隊面向生命科學(xué)發(fā)展需求展開(kāi)科研攻關(guān)，研制出具有可視化、微創(chuàng )化、定點(diǎn)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(shí)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(shù)的關(guān)鍵難點(diǎn)在于，如何最大限度地減少對細胞的傷害。南開(kāi)大學(xué)團隊設計并實(shí)現了機器人化的細胞核移植流程，包括卵母細胞撥動(dòng)尋找極體、抽核和體細胞注入三部分。

　　科研人員通過(guò)分析微操作工具與細胞接觸過(guò)程中的細胞受力情況，分別實(shí)現了基于最小力的細胞撥動(dòng)與抽核，保證了細胞核移植操作過(guò)程中細胞受力最小。“手動(dòng)操作撥動(dòng)細胞，細胞最大變形30至40微米，經(jīng)過(guò)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(guò)程更加“可控”“溫柔”。

　　實(shí)驗結果表明，基于最小力的細胞撥動(dòng)方法顯著(zhù)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(fā)育率顯著(zhù)更高。

　　“最令人興奮的是，在體外實(shí)驗中我們采用這套微操作平臺對53個(gè)卵母細胞進(jìn)行核移植，其中11個(gè)重構胚發(fā)育成為標志著(zhù)克隆成功的囊胚，發(fā)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(shuō)。

　　為了讓這項技術(shù)“開(kāi)花結果”，南開(kāi)大學(xué)科研團隊，將該核移植方法應用于整個(gè)克隆豬流程，先后完成了數千例核移植操作，來(lái)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(chǎn)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(fā)育角度指導微操作，通過(guò)細胞受力將微操作過(guò)程與細胞發(fā)育結果建立聯(lián)系。這套方法的推廣可進(jìn)一步提高微操作技術(shù)對整體生物過(guò)程的貢獻?？梢灶A見(jiàn)，在輔助生育、動(dòng)植物品種改良以及大眾醫療、家畜生產(chǎn)等領(lǐng)域具有很好的應用前景。”趙新說(shuō)。

　　據了解，該項目獲得國家重大科研儀器研制專(zhuān)項、“863”計劃先進(jìn)制造領(lǐng)域、天津市智能機器人重大科技專(zhuān)項支持。