機器人“操刀”的克隆豬誕生 解析機器人是怎么為克隆豬操刀的？

現(xiàn)在連機器人都學會了克隆技術。近日，全球首例由機器人操刀的克隆豬在天津誕生，這一批成活的13頭小豬均由豬的體細胞克隆而成，個個都是精挑細選的優(yōu)良品種。

這項研究來自南開大學機器人所趙新教授領導的跨學科研究團隊。2002年，南開大學機器人所研發(fā)出“面向生物醫(yī)學工程的微操作機器人系統(tǒng)”，獲國家技術發(fā)明二等獎。時隔15年，在天津市畜牧獸醫(yī)研究所的支持下，微操作機器人系統(tǒng)再次取得重大突破，在世界上第一次成功實現(xiàn)機器人操刀克隆豬。

“克隆”這個詞風靡全球，不得不感謝21年前一只名叫多莉的綿羊。1996年她登上《自然》雜志，成為全世界最著名的小綿羊，讓人類第一次見到活生生的哺乳動物被成功克隆出來。隨后，全世界掀起了一股“克隆熱”，不斷有人宣告克隆牛、克隆豬，甚至克隆貓的成功，當然，也引發(fā)了各種各樣的爭議和思考。

如今，體細胞克隆已經(jīng)成為改良生物品種的經(jīng)典方法之一，克隆出的后代與體細胞供體的基因完全一樣，也就是說，和父母一樣品質(zhì)優(yōu)良。

克隆豬的過程非常復雜，成功率非常低。如果用最簡單的話來描述這個艱巨的工程，大致可分三步：首先取得一個優(yōu)良品種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)良品種的體細胞核，第三步注入代孕母豬體內(nèi)直至產(chǎn)下幼仔。

機器人做的是第二步，也是最為復雜的關鍵步驟。趙新介紹，無論是人工操作，還是機器人微操作，體細胞克隆技術的關鍵難點在于，如何最大限度地減少對細胞的傷害。

在整個過程中，細胞核的抽取和注入，是難度最大的環(huán)節(jié)。“以往人工在顯微鏡下操作，需要反復調(diào)節(jié)目鏡的位置，同時憑借個人多年的經(jīng)驗和技術，完成細胞核的‘取’和‘放’。”趙新說，人工操作畢竟存在穩(wěn)定性不強、技術人員水平有差異等問題，“機器人在這些方面有很大優(yōu)勢。”

南開大學研究團隊研制出具有可視化、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，這就是操刀克隆豬的機器人，在它的幫助下實現(xiàn)了機器人化的細胞核移植的自動化流程，包括卵母細胞撥動尋找極體、抽核和體細胞注入三部分。

機器人要給一個直徑只有幾微米的細胞做個大“手術”，只需1分鐘，甚至比人類更加“溫柔”。在如此微觀的世界里，要保證精度是件很困難的事，“不僅僅是尺寸上的精度，更重要的是如何讓力度恰到好處。”趙新形象地打了個比方，如果以往人類的力度是“一記重拳”，那么現(xiàn)在機器人可以做到“輕輕一推”。在計算機的控制下，機器人采用基于平衡壓模型的操作，可以精確地保證抽取細胞核的過程更加可控，“力氣不大也不小”。

通過分析“機器手”與細胞接觸過程中的細胞受力情況，如今機器人已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)最小力的細胞撥動與抽核，保證了細胞核移植操作過程中細胞受力最小。“手動操作撥動細胞，細胞最大變形30至40微米，經(jīng)過計算后的機器人操作細胞最大變形降低至10到15微米。”

實驗結(jié)果證明了機器人在這方面確實更加勝任，后續(xù)細胞培養(yǎng)表明，與人工操作相比，基于最小力的細胞抽核操作，細胞后續(xù)發(fā)育率顯著更高。

數(shù)據(jù)是更加有力的證明。在體外實驗中，趙新團隊采用這套微操作平臺對53個卵母細胞進行核移植，其中11個重構(gòu)胚發(fā)育成為囊胚，這是克隆成功的標志，發(fā)育率達到21%，“此前體細胞克隆的囊胚率始終維持在10%左右。”

為了讓這項技術“開花結(jié)果”，南開大學科研團隊將該核移植方法應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，并分別產(chǎn)下7只和6只健康的克隆豬。

這幾天，這些由機器人自動化“操刀”成功克隆出的小豬， 拿到了“親子鑒定”報告，結(jié)果顯示，13頭克隆小豬與“代孕”母親無血緣關系，僅與供體細胞存在“親子關系”。

作為最復雜的微操作之一，體細胞克隆技術向前發(fā)展必然要遇到如何實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的問題，那么機器人在整個過程中顯得尤為重要，“通過機器人化體細胞核移植操作，提高后續(xù)細胞培養(yǎng)成功率，進而提高整個體細胞克隆技術的成功率。”

目前，該項目獲得國家重大科研儀器研制專項、“863”計劃先進制造領域、天津市智能機器人重大科技專項支持。

“我們的研究第一次從細胞的發(fā)育角度指導微操作，通過細胞受力將微操作過程與細胞發(fā)育結(jié)果建立聯(lián)系。”趙新說，這套方法的推廣可進一步提高微操作技術對整體生物過程的貢獻。可以預見，在輔助生育、動植物品種改良以及大眾醫(yī)療、家畜生產(chǎn)等領域具有很好的應用前景。

克隆技術給了人類更廣闊的想象空間和無限的可能性，在全世界范圍內(nèi)關于技術與倫理的爭論也一直在進行。“關于克隆的研究永無止境。”趙新說，“人類對于世界，未知永遠比已知更多。”

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克隆技術想必大家并不陌生，但是機器人來為一只克隆豬的誕生操刀？這真是成功引起了小編的注意。

近日，一則關于世界首例機器人操作的體細胞克隆豬誕生天津的消息振奮了人心，此項機器人微操作技術來自南開大學機器人所趙新教授領導的跨學科研究團隊，據(jù)悉，該技術的關鍵難點在于如何最大限度地減少對細胞的傷害，而此項研究的成功應用將能夠有效提高細胞后續(xù)發(fā)育率。

圖片來源網(wǎng)絡

不知道看了這則新聞，小伙伴們是不是有些一頭霧水？所以是機器人操刀了一個克隆實驗嗎？那跟人類操作有啥區(qū)別？跟我們又有啥關系？下面小編就帶大家來好好了解一下！