世界首例机器人操作的体细胞克隆猪在天津诞生

经过两个多月的等待，天津最近发布了一份特别的“亲子鉴定”报告。13只克隆小猪与“*”母亲无关，而只与供体细胞有关。这从医学上证明了世界上第一只机器人操作的体细胞克隆猪在天津出生。

经过110天的妊娠，4月26日和29日，两头普通的“*”母猪成功产下了13头健康的纯种长白猪。与以前的“手动操作”克隆技术相比，机器人的自动“操作”具有更小的力量和更少的细胞损伤。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%提高到20%。这些数据让全球同行感到惊讶。

关于机器人操作的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获得2002年国家科技发明二等奖。克隆猪的诞生是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。然而，极低的成功率已经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自动化。通过机器人体细胞核移植来提高后续细胞培养的成功率和整个体细胞克隆技术的成功率，对我们来说是一个真正的挑战。”赵鑫说道。

为解决这些问题，南开大学团队开展了适应生命科学发展需要的科学研究，开发了集检测、分析、操作于一体的可视化、微创、定点、定量的原位显微分析操作仪。利用该仪器，实现了机器人核转移过程。

基于机器人显微操作的体细胞克隆技术的关键难点在于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，包括三个部分:卵母细胞戳取极体、核仁提取和体细胞注射。

具体来说，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，从而保证了细胞核移植操作中的最小细胞应力。“手动操作电池时，电池的最大变形为30至40微米，机器人操作电池的计算最大变形减少到10至15微米。如果说之前的努力是“沉重的一击”，那么现在是“轻推”赵鑫介绍说，微操作系统使核提取过程更加“可控”和“温和”。实验结果表明，基于最小力的细胞戳戳方法显著降低了对细胞的损伤。随后的细胞培养表明，基于细胞核提取的最小力，随后的细胞发育率显著提高。

“最令人兴奋的是，在体外实验中，我们使用这种显微操作平台对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，标志着成功克隆，发育率为21%。然而，体细胞克隆的囊胚率至今仍保持在10%左右赵鑫说道。

该团队将该方法应用于整个猪的克隆过程，并完成了数千次操作来验证该方法的有效性。2017年1月初，分4批完成了510个核移植手术，并将510个克隆胚胎移植到6头母猪体内。最后，两只母猪怀孕了，生下了13只健康的克隆猪。

“我们的研究首次从细胞发育的角度来指导显微操作。显微操作过程通过细胞压力与细胞发育结果联系在一起。可以预见，该方法将在辅助生殖、动植物物种改良、大众医疗、畜牧业生产等领域有着良好的应用前景赵鑫说道。