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世界首例機器人“操刀”的克隆豬在天津誕生

瀏覽次數(shù): 日期:2017/7/4 18:12:47

作者:中新網(wǎng) 發(fā)表于:2017-07-04 15:12:30

近日,經(jīng)過兩個多月的漫長等待,一份特殊的“親子鑒定”報告出爐,13頭克隆小豬與“代孕”母親無血緣關(guān)系,僅與供體細(xì)胞存在“親子關(guān)系”。這從醫(yī)學(xué)上證明了,世界首例機器人操作的體細(xì)胞克隆豬在中國天津誕生。

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頭健康的純種小長白豬。較之以往“手工操作”克隆技術(shù),此次機器人的自動化“操刀”,用力更小,對細(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。

“機器人操作體細(xì)胞克隆豬”研究來自南開大學(xué)機器人所趙新教授領(lǐng)導(dǎo)的跨學(xué)科研究團隊,天津市畜牧獸醫(yī)研究所是主要合作單位。南開大學(xué)機器人所研發(fā)多年的“面向生物醫(yī)學(xué)工程的微操作機器人系統(tǒng)”,曾獲2002年度國家技術(shù)發(fā)明二等獎。此次克隆豬的誕生,也是時隔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。它將普通品種卵母細(xì)胞的細(xì)胞核去除后,注入優(yōu)良品種的體細(xì)胞。這種方法的優(yōu)勢在于獲得的后代一定是優(yōu)良品種。然而,成功率極低,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)急需實現(xiàn)機器人化。通過機器人化體細(xì)胞核移植操作,提高后續(xù)細(xì)胞培養(yǎng)成功率,進(jìn)而提高整個體細(xì)胞克隆技術(shù)的成功率,是我們面臨的真正挑戰(zhàn)?!壁w新說。

針對上述問題,南開大學(xué)研究團隊面向生命科學(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、定點化、定量化功能,集檢測分析與操作于一體的原位顯微分析與操作儀,利用該儀器實現(xiàn)了機器人化的細(xì)胞核移植流程。

據(jù)介紹,基于機器人微操作的體細(xì)胞克隆技術(shù)的關(guān)鍵難點在于,如何最大限度地減少對細(xì)胞的傷害。南開大學(xué)團隊設(shè)計并實現(xiàn)了機器人化的細(xì)胞核移植流程,包括卵母細(xì)胞撥動尋找極體、抽核和體細(xì)胞注入三部分。

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,分別實現(xiàn)了基于最小力的細(xì)胞撥動與抽核,保證了細(xì)胞核移植操作過程中細(xì)胞受力最小。“手動操作撥動細(xì)胞,細(xì)胞最大變形30至40微米,經(jīng)過計算后的機器人操作細(xì)胞最大變形降低至10到15微米。如果以往的力度是‘一記重拳’,那么現(xiàn)在就是‘輕輕一推’?!壁w新介紹,該微操作系統(tǒng)采用基于平衡壓模型的操作,也讓抽取細(xì)胞核的過程更加“可控”“溫柔”。

實驗結(jié)果表明,基于最小力的細(xì)胞撥動方法顯著減少了對細(xì)胞的傷害;后續(xù)細(xì)胞培養(yǎng)表明,與人工操作相比,基于最小力的細(xì)胞抽核操作,細(xì)胞后續(xù)發(fā)育率顯著更高。

“最令人興奮的是,在體外實驗中我們采用這套微操作平臺對53個卵母細(xì)胞進(jìn)行核移植,其中11個重構(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。

為了讓這項技術(shù)“開花結(jié)果”,南開大學(xué)科研團隊,將該核移植方法應(yīng)用于整個克隆豬流程,先后完成了數(shù)千例核移植操作,來驗證方法的有效性。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,并與4月26、29日分別產(chǎn)下7頭、6頭,共計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。這套方法的推廣可進(jìn)一步提高微操作技術(shù)對整體生物過程的貢獻(xiàn)。可以預(yù)見,在輔助生育、動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?!壁w新說。

據(jù)了解,該項目獲得國家重大科研儀器研制專項、“863”計劃先進(jìn)制造領(lǐng)域、天津市智能機器人重大科技專項支持。

所屬類別:行業(yè)動態(tài)

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