世界首批由機器人「操刀」的克隆豬誕生

現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出「面向生物醫學工程的微操作機器人系統」，獲國家技術發明二等獎。時隔15年，在天津市畜牧獸醫研究所的支持下，微操作機器人系統再次取得重大突破，在世界上第一次成功實現機器人操刀克隆豬。

「克隆」這個詞風靡全球，不得不感謝21年前一隻名叫多莉的綿羊。1996年她登上《自然》雜誌，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。隨後，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，也引發了各種各樣的爭議和思考。

如今，體細胞克隆已經成為改良生物品種的經典方法之一，克隆出的後代與體細胞供體的基因完全一樣，也就是說，和父母一樣品質優良。

克隆豬的過程非常複雜，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並注入優良品種的體細胞核，第三步注入代孕母豬體內直至產下幼仔。

機器人做的是第二步，也是最為複雜的關鍵步驟。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於，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，是難度最大的環節。「以往人工在顯微鏡下操作，需要反覆調節目鏡的位置，同時憑藉個人多年的經驗和技術，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勢。」

南開大學研究團隊研製出具有可視化、微創化、定點化、定量化功能，集檢測分析與操作於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」。在如此微觀的世界裡，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」，那麼現在機器人可以做到「輕輕一推」。在計算機的控制下，機器人採用基於平衡壓模型的操作，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，如今機器人已經能夠實現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，經過計算後的機器人操作細胞最大變形降低至10到15微米。」

實驗結果證明了機器人在這方面確實更加勝任，後續細胞培養表明，與人工操作相比，基於最小力的細胞抽核操作，細胞後續發育率顯著更高。

數據是更加有力的證明。在體外實驗中，趙新團隊採用這套微操作平台對53個卵母細胞進行核移植，其中11個重構胚發育成為囊胚，這是克隆成功的標誌，發育率達到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「開花結果」，南開大學科研團隊將該核移植方法應用於整個克隆豬流程，先後完成了數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，並將這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，並分別產下7隻和6隻健康的克隆豬。

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，結果顯示，13頭克隆小豬與「代孕」母親無血緣關係，僅與供體細胞存在「親子關係」。

作為最複雜的微操作之一，體細胞克隆技術向前發展必然要遇到如何實現產業化的問題，那麼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，提高後續細胞培養成功率，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製專項、「863」計劃先進位造領域、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育角度指導微操作，通過細胞受力將微操作過程與細胞發育結果建立聯繫。」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療、家畜生產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像空間和無限的可能性，在全世界範圍內關於技術與倫理的爭論也一直在進行。「關於克隆的研究永無止境。」趙新說，「人類對於世界，未知永遠比已知更多。」

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