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城市快报:机器人克隆猪,世界首例!

来源: 城市快报 2017年7月4日3版     发稿时间: 2017-07-05 09:09

南开大学团队跨学科诞生世界首例机器人操作体细胞克隆猪,“代孕”母猪110天后“顺产”13头纯种小长白猪

  本报讯(记者 程婷 通讯员 吴军辉 图片由南开大学提供)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。

  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。

  细胞核移植流程机器人化

  “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。

  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。

  抽取细胞核更可控更温柔

  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”。

  实验结果表明,基于最小力的细胞拨动方法显著减少了对细胞的伤害;后续细胞培养表明,与人工操作相比,基于最小力的细胞抽核操作,细胞后续发育率显著更高。

  “最令人兴奋的是,在体外实验中我们采用这套微操作平台对53个卵母细胞进行核移植,其中11个重构胚发育成为标志着克隆成功的囊胚,发育率达到21%。而此前体细胞克隆的囊胚率始终维持在10%左右。”赵新说。

  克隆猪让技术“开花结果”

  为了让这项技术“开花结果”,南开大学科研团队将该核移植方法应用于整个克隆猪流程,先后完成了数千例核移植操作,以此来验证方法的有效性。今年1月初,分四批完成了510例核移植操作,并将这510枚克隆胚胎移植到6头母猪体内。最终,两头母猪顺利受孕,并于4月26日、29日产下共计13头健康的克隆猪。

  “我们的研究第一次从细胞的发育角度指导微操作,通过细胞受力将微操作过程与细胞发育结果建立联系。这套方法的推广可进一步提高微操作技术对整体生物过程的贡献。可以预见,在辅助生育、动植物品种改良以及大众医疗、家畜生产等领域具有很好的应用前景。”赵新说。

  据了解,该项目获得国家重大科研仪器研制专项、“863”计划先进制造领域、天津市智能机器人重大科技专项支持。

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