經(jīng)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(chǎn)下了13頭健康的純種小長(zhǎng)白豬。較之以往“手工操作”克隆技術(shù)，此次機(jī)器人的自動(dòng)化“操刀”，用力更小，對(duì)細(xì)胞傷害更少，更高精度的操作將體細(xì)胞克隆技術(shù)成功的關(guān)鍵指標(biāo)“囊胚率”從10%提高至20%。這一數(shù)據(jù)令全球同行驚訝不已。

 

　　機(jī)器人操作體細(xì)胞克隆豬研究來自南開大學(xué)機(jī)器人所趙新教授領(lǐng)導(dǎo)的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)，天津市畜牧獸醫(yī)研究所是主要合作單位。南開大學(xué)機(jī)器人所研發(fā)多年的面向生物醫(yī)學(xué)工程的微操作機(jī)器人系統(tǒng)，曾獲2002年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。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(xì)胞克隆是改良生物品種的經(jīng)典方法之一。然而，極低的成功率，成為體細(xì)胞克隆技術(shù)發(fā)展的瓶頸。“作為最復(fù)雜的微操作之一，體細(xì)胞克隆技術(shù)急需實(shí)現(xiàn)機(jī)器人化。通過機(jī)器人化體細(xì)胞核移植操作，提高后續(xù)細(xì)胞培養(yǎng)成功率，進(jìn)而提高整個(gè)體細(xì)胞克隆技術(shù)的成功率，是我們面臨的真正挑戰(zhàn)。”趙新說。

 

　　針對(duì)這些問題，南開大學(xué)團(tuán)隊(duì)面向生命科學(xué)發(fā)展需求展開科研攻關(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(cè)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(xiàn)了機(jī)器人化的細(xì)胞核移植流程。

 

　　基于機(jī)器人微操作的體細(xì)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(duì)細(xì)胞的傷害。南開大學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人化的細(xì)胞核移植流程，包括卵母細(xì)胞撥動(dòng)尋找極體、抽核和體細(xì)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(xì)胞接觸過程中的細(xì)胞受力情況，分別實(shí)現(xiàn)了基于最小力的細(xì)胞撥動(dòng)與抽核，保證了細(xì)胞核移植操作過程中細(xì)胞受力最小。“手動(dòng)操作撥動(dòng)細(xì)胞，細(xì)胞最大變形30至40微米，經(jīng)過計(jì)算后的機(jī)器人操作細(xì)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 ，那么現(xiàn)在就是 輕輕一推 。”趙新介紹，微操作系統(tǒng)讓抽取細(xì)胞核的過程更加“可控”“溫柔”。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于最小力的細(xì)胞撥動(dòng)方法顯著減少了對(duì)細(xì)胞的傷害；后續(xù)細(xì)胞培養(yǎng)表明，基于最小力的細(xì)胞抽核操作，細(xì)胞后續(xù)發(fā)育率顯著提高。

 

　　“最令人興奮的是，在體外實(shí)驗(yàn)中我們采用這套微操作平臺(tái)對(duì)53個(gè)卵母細(xì)胞進(jìn)行核移植，其中11個(gè)重構(gòu)胚發(fā)育成為標(biāo)志著克隆成功的囊胚，發(fā)育率達(dá)到21%。而此前體細(xì)胞克隆的囊胚率始終維持在10%左右。”趙新說。

 

　　團(tuán)隊(duì)將該方法應(yīng)用于整個(gè)克隆豬流程，先后完成了數(shù)千例操作，來驗(yàn)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，并將這510枚克隆胚胎移植到6頭母豬體內(nèi)。最終，兩頭母豬順利受孕，并產(chǎn)下13頭健康的克隆豬。

 

　　“我們的研究第一次從細(xì)胞的發(fā)育角度指導(dǎo)微操作，通過細(xì)胞受力將微操作過程與細(xì)胞發(fā)育結(jié)果建立聯(lián)系?？梢灶A(yù)見，這套方法在輔助生育、動(dòng)植物品種改良以及大眾醫(yī)療、家畜生產(chǎn)等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。”趙新說。