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

作為開啟這扇門的科學家、南開大學計算機與控制工程學院副院長趙新既興奮又低調。

“克隆豬是一個復雜的生物過程，我在這方面是一個外行，我們只是通過機器人微操作建立了一套批量核移植操作流程，實現(xiàn)了卵母細胞去核和供體細胞注射等一系列核移植關鍵步驟的自動化。”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”。這個消息引發(fā)了趙新的思考，他在想：新一代微操作機器人向何處去？兩者能否合作？趙新對克隆技術著了迷。

體細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：第一步取得一個優(yōu)良品種豬的體細胞和一個普通母豬的卵母細胞，第二步將卵母細胞核去除并注入優(yōu)良品種豬的體細胞，第三步將其注入代孕母豬體內直至產(chǎn)下幼仔。

而微操作機器人進行的是第二步，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胞的細胞核去除后，再注入優(yōu)良品種豬的體細胞核。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，這項技術成功率極低，成了制約體細胞克隆技術發(fā)展的瓶頸。

趙新決定派微操作機器人“上場”。從那時起，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器人技術攻關。

微操作機器人什么樣？趙新說：“在顯微鏡下有兩個探針，它們通過自動化操作完成相關動作。”原來機器人長這樣。

聽起來簡單，做起來難。首先要解決微操作機器人的視覺問題；其次要解決機器人操作中的力學問題。譬如，如何稱量細胞的重量，摸清細胞受力后的運動情況以及摩擦力等問題。第三，機器人在操作中怎樣讓細胞損傷最小。這一系列問題都要在試驗中摸索，并將克隆技術操作中的每個手動動作轉化為物理過程，再組建數(shù)學模型進而形成微操作動作。

剛剛開始

這些難題中，不僅有科學問題，還有工藝問題。

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

趙新團隊先后完成了數(shù)千例核移植操作，將體細胞克隆技術成功的關鍵指標“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。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胞的傷害，他們開發(fā)出專用針管。在撥動中，細胞會發(fā)生移動、摩擦，在僅有幾十微米大小的細胞上抽取細胞核的難度可想而知。為了找準位置，他們需要反復試驗并核算數(shù)據(jù)，算出數(shù)學模型，最后再轉換成一個個微操作動作。

經(jīng)過反復試驗，團隊研制的微操作機器人已能實現(xiàn)細胞撥動等操作，保證了在細胞核移植操作過程中細胞受力最小。

趙新說，雖然這次成功了，但能否讓微操作機器人抽取細胞核時更精準，進而讓體細胞克隆時“囊胚率”更高，要實現(xiàn)這一目標，還有很長的路要走。

來源：科技日報