面向生命科學(xué)的原位顯微分析與微操作機(jī)器人
研究方向:微操作機(jī)器人系統(tǒng)、微納設(shè)計(jì)與加工、生物模式形成與組 織發(fā)育建模。 項(xiàng)目簡(jiǎn)介: 在國(guó)家自然科學(xué)基金國(guó)家重大科研儀器設(shè)備研制專項(xiàng)(項(xiàng)目編號(hào) 61327802)等資助下,本項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了面向生命科學(xué)的原 位顯微分析與操作儀。研究團(tuán)隊(duì)利用該儀器實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人化的體細(xì)胞 核移植,進(jìn)而將該技術(shù)應(yīng)用于豬克隆流程,成功獲得了克隆豬仔。這 是國(guó)際上首次利用機(jī)器人技術(shù)獲得的克隆豬。 作為一種常用的外源物導(dǎo)入細(xì)胞的方式,細(xì)胞顯微操作技術(shù)廣泛 應(yīng)用于生物工程領(lǐng)域。為了減輕實(shí)驗(yàn)操作者的工作負(fù)擔(dān),研究者開(kāi)發(fā) 出自動(dòng)化微操作系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化胚胎注射、機(jī)器人化單精注射、 機(jī)器人化貼壁細(xì)胞注射等多類微操作。然而,目前自動(dòng)化微操作的操 作過(guò)程與手工操作類似,這些操作在保證操作本身高效、高成功率的 同時(shí),并沒(méi)有考慮到微操作對(duì)后續(xù)生物過(guò)程(如后續(xù)細(xì)胞培養(yǎng))的影 響,因此無(wú)法獲得顯著優(yōu)于手工操作的生物結(jié)果。 研究團(tuán)隊(duì)面向生命科學(xué)發(fā)展的迫切需求,研制出具有可視化、微 創(chuàng)化、定點(diǎn)化、定量化功能的,集檢測(cè)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(shí)現(xiàn)了機(jī)器人化的細(xì)胞核移植流程,并通 過(guò)分析微操作工具與細(xì)胞接觸過(guò)程中的細(xì)胞受力情況,實(shí)現(xiàn)了基于最 小力的細(xì)胞撥動(dòng)與細(xì)胞抽核,保證了細(xì)胞核移植操作過(guò)程中細(xì)胞受力 最小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于最小力的細(xì)胞撥動(dòng)與細(xì)胞抽核方法,顯著 減少了細(xì)胞撥動(dòng)過(guò)程對(duì)細(xì)胞的傷害;后續(xù)細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)表明,與人工 操作相比,細(xì)胞后續(xù)發(fā)育率顯著提高,標(biāo)志克隆成功的體外囊胚率從 10%提高到 21%。2017 年 1 月初,研究團(tuán)隊(duì)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),兩頭母豬順利受孕;4 月底,兩頭受孕母豬產(chǎn)下成活克隆豬 17 頭。 上述研究第一次用后續(xù)細(xì)胞培養(yǎng)成功率作為評(píng)測(cè)依據(jù),建立了操 作過(guò)程細(xì)胞受力情況與后續(xù)細(xì)胞發(fā)育的聯(lián)系,得出了操作過(guò)程細(xì)胞受 力越小,則傷害越小,最終細(xì)胞發(fā)育成功率越高的結(jié)論。該研究對(duì)其 它機(jī)器人化生物操作有借鑒意義。
南開(kāi)大學(xué)
2021-04-11