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中国的机器人亲自操刀 居然克隆出了13头小猪
2017-07-09 10:13:11 杭州网

    在连机器人都学会了克隆技术。近日,全球首例由机器人操刀的克隆猪在天津诞生,这一批成活的 13 头小猪均由猪的体细胞克隆而成,个个都是精挑细选的优良品种。这项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。2002 年,南开大学机器人所研发出 " 面向生物医学工程的微操作机器人系统 ",获国家技术发明二等奖。时隔 15 年,在天津市畜牧兽医研究所的支持下,微操作机器人系统再次取得重大突破,在世界上第一次成功实现机器人操刀克隆猪。

    " 克隆 " 这个词风靡全球,不得不感谢 21 年前一只名叫多莉的绵羊。1996 年她登上《自然》杂志,成为全世界最著名的小绵羊,让人类第一次见到活生生的哺乳动物被成功克隆出来。随后,全世界掀起了一股 " 克隆热 ",不断有人宣告克隆牛、克隆猪,甚至克隆猫的成功,当然,也引发了各种各样的争议和思考。

    如今,体细胞克隆已经成为改良生物品种的经典方法之一,克隆出的后代与体细胞供体的基因完全一样,也就是说,和父母一样品质优良。

    克隆猪的过程非常复杂,成功率非常低。如果用最简单的话来描述这个艰巨的工程,大致可分三步:首先取得一个优良品种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的体细胞核,第三步注入代孕母猪体内直至产下幼仔。

    机器人做的是第二步,也是最为复杂的关键步骤。赵新介绍,无论是人工操作,还是机器人微操作,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。

    在整个过程中,细胞核的抽取和注入,是难度最大的环节。" 以往人工在显微镜下操作,需要反复调节目镜的位置,同时凭借个人多年的经验和技术,完成细胞核的‘取’和‘放’。" 赵新说,人工操作毕竟存在稳定性不强、技术人员水平有差异等问题," 机器人在这些方面有很大优势。"

    南开大学研究团队研制出具有可视化、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,这就是操刀克隆猪的机器人,在它的帮助下实现了机器人化的细胞核移植的自动化流程,包括卵母细胞拨动寻找极体、抽核和体细胞注入三部分。

    机器人要给一个直径只有几微米的细胞做个大 " 手术 ",只需 1 分钟,甚至比人类更加 " 温柔 "。在如此微观的世界里,要保证精度是件很困难的事," 不仅仅是尺寸上的精度,更重要的是如何让力度恰到好处。" 赵新形象地打了个比方,如果以往人类的力度是 " 一记重拳 ",那么现在机器人可以做到 " 轻轻一推 "。在计算机的控制下,机器人采用基于平衡压模型的操作,可以精确地保证抽取细胞核的过程更加可控," 力气不大也不小 "。

    通过分析 " 机器手 " 与细胞接触过程中的细胞受力情况,如今机器人已经能够实现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。"

    实验结果证明了机器人在这方面确实更加胜任,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。

    数据是更加有力的证明。在体外实验中,赵新团队采用这套微操作平台对 53 个卵母细胞进行核移植,其中 11 个重构胚发育成为囊胚,这是克隆成功的标志,发育率达到 21%," 此前体细胞克隆的囊胚率始终维持在 10% 左右。"

    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来验证方法的有效性。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,并分别产下 7 只和 6 只健康的克隆猪。

    这几天,这些由机器人自动化 " 操刀 " 成功克隆出的小猪, 拿到了 " 亲子鉴定 " 报告,结果显示,13 头克隆小猪与 " 代孕 " 母亲无血缘关系,仅与供体细胞存在 " 亲子关系 "。

    作为最复杂的微操作之一,体细胞克隆技术向前发展必然要遇到如何实现产业化的问题,那么机器人在整个过程中显得尤为重要," 通过机器人化体细胞核移植操作,提高后续细胞培养成功率,进而提高整个体细胞克隆技术的成功率。"

    目前,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。

    " 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。" 赵新说,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。

    克隆技术给了人类更广阔的想象空间和无限的可能性,在全世界范围内关于技术与伦理的争论也一直在进行。" 关于克隆的研究永无止境。" 赵新说," 人类对于世界,未知永远比已知更多。"

来源:腾讯科技    作者:    编辑:周夏    

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