全球首例由機(jī)器人“操刀”的體細(xì)胞克隆豬近日在天津誕生，由此打開了機(jī)器人“操刀”克隆技術(shù)這扇門。

作為開啟這扇門的科學(xué)家、南開大學(xué)計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院副院長趙新既興奮又低調(diào)。

“克隆豬是一個(gè)復(fù)雜的生物過程，我在這方面是一個(gè)外行，我們只是通過機(jī)器人微操作建立了一套批量核移植操作流程，實(shí)現(xiàn)了卵母細(xì)胞去核和供體細(xì)胞注射等一系列核移植關(guān)鍵步驟的自動(dòng)化。”趙新說。

邂逅克隆

2007年，天津市畜牧獸醫(yī)研究所克隆羊產(chǎn)下“龍鳳胎”。這個(gè)消息引發(fā)了趙新的思考，他在想：新一代微操作機(jī)器人向何處去？兩者能否合作？趙新對克隆技術(shù)著了迷。

體細(xì)胞克隆豬是改良豬品種的經(jīng)典方法之一。大致可分為三步：第一步取得一個(gè)優(yōu)良品種豬的體細(xì)胞和一個(gè)普通母豬的卵母細(xì)胞，第二步將卵母細(xì)胞核去除并注入優(yōu)良品種豬的體細(xì)胞，第三步將其注入代孕母豬體內(nèi)直至產(chǎn)下幼仔。

而微操作機(jī)器人進(jìn)行的是第二步，也就是操作中最難的一步。簡單來講，就是它將普通品種豬的卵母細(xì)胞的細(xì)胞核去除后，再注入優(yōu)良品種豬的體細(xì)胞核。這種方法的優(yōu)勢在于獲得的生物后代一定是優(yōu)良品種。然而，這項(xiàng)技術(shù)成功率極低，成了制約體細(xì)胞克隆技術(shù)發(fā)展的瓶頸。

趙新決定派微操作機(jī)器人“上場”。從那時(shí)起，趙新課題組與天津市畜牧獸醫(yī)研究所開始了以克隆為目的的微操作機(jī)器人技術(shù)攻關(guān)。

微操作機(jī)器人什么樣？趙新說：“在顯微鏡下有兩個(gè)探針，它們通過自動(dòng)化操作完成相關(guān)動(dòng)作?！痹瓉頇C(jī)器人長這樣。

聽起來簡單，做起來難。首先要解決微操作機(jī)器人的視覺問題；其次要解決機(jī)器人操作中的力學(xué)問題。譬如，如何稱量細(xì)胞的重量，摸清細(xì)胞受力后的運(yùn)動(dòng)情況以及摩擦力等問題。第三，機(jī)器人在操作中怎樣讓細(xì)胞損傷最小。這一系列問題都要在試驗(yàn)中摸索，并將克隆技術(shù)操作中的每個(gè)手動(dòng)動(dòng)作轉(zhuǎn)化為物理過程，再組建數(shù)學(xué)模型進(jìn)而形成微操作動(dòng)作。

剛剛開始

這些難題中，不僅有科學(xué)問題，還有工藝問題。

機(jī)器人操作克隆豬，好似機(jī)器人在幾十微米的細(xì)胞上做手術(shù)。首先需要機(jī)器人將豬的卵母細(xì)胞中的細(xì)胞核取出來，然后再注入一個(gè)體細(xì)胞核。在幾十微米的細(xì)胞上完成這樣操作，還要盡可能減少對細(xì)胞的損傷，其難度可想而知。

趙新團(tuán)隊(duì)先后完成了數(shù)千例核移植操作，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21%。2017年1月初，他們分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，并于4月26日、29日分別產(chǎn)下7頭、6頭共計(jì)13頭健康的克隆豬。

沒有先例，甚至沒有完整的理論依據(jù)，一切都要自己摸索。

為了盡量減少微操作對細(xì)胞的傷害，他們開發(fā)出專用針管。在撥動(dòng)中，細(xì)胞會(huì)發(fā)生移動(dòng)、摩擦，在僅有幾十微米大小的細(xì)胞上抽取細(xì)胞核的難度可想而知。為了找準(zhǔn)位置，他們需要反復(fù)試驗(yàn)并核算數(shù)據(jù)，算出數(shù)學(xué)模型，最后再轉(zhuǎn)換成一個(gè)個(gè)微操作動(dòng)作。

經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)研制的微操作機(jī)器人已能實(shí)現(xiàn)細(xì)胞撥動(dòng)等操作，保證了在細(xì)胞核移植操作過程中細(xì)胞受力最小。

趙新說，雖然這次成功了，但能否讓微操作機(jī)器人抽取細(xì)胞核時(shí)更精準(zhǔn)，進(jìn)而讓體細(xì)胞克隆時(shí)“囊胚率”更高，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，還有很長的路要走。

來源：科技日報(bào)