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1分鐘解鎖兩代轉(zhuǎn)染試劑的差異

2021-8-27　　閱讀(291)

1分鐘解鎖兩代轉(zhuǎn)染試劑的差異

導(dǎo)讀

化學(xué)轉(zhuǎn)染方法是生物醫(yī)學(xué)研究中常用的轉(zhuǎn)染方法，主要包括兩類：陽離子脂質(zhì)體和陽離子聚合物。在購買使用過程中，該如何選擇，他們之間的區(qū)別在哪，小翌來為大家進(jìn)行簡要說明。

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陽離子脂質(zhì)體

陽離子脂質(zhì)體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)染是目前常用的轉(zhuǎn)染方式之一。其原理是陽離子脂質(zhì)體的基本結(jié)構(gòu)由帶正電荷的頭基和一個或兩個烴鏈組成，帶正電荷的頭基與帶負(fù)電荷的核酸通過靜電作用形成復(fù)合物，經(jīng)細(xì)胞的內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞。在DNA與陽離子脂質(zhì)體形成lipoplex的過程中，陽離子脂質(zhì)體起到復(fù)合和凝集DNA的作用，同時也有助于復(fù)合物與細(xì)胞膜的結(jié)合。

黃2.jpg
圖1. 脂質(zhì)體結(jié)構(gòu)（源于Nature）

a.簡單的脂質(zhì)體，由磷脂雙分子層構(gòu)成的脂質(zhì)囊泡

b.“隱身"脂質(zhì)體，通過PEG修飾實現(xiàn)長循環(huán)

c.大多數(shù)陽離子脂質(zhì)體具有洋蔥樣結(jié)構(gòu)，DNA夾在陽離子膜之間

d.Kubitschke等人報道的新型脂質(zhì)體，由花瓶狀的脂質(zhì)分子(分子兩側(cè)有疏水鏈和親水鏈)組成雙分子層

陽離子脂質(zhì)體應(yīng)用非常廣泛，具有以下特點：

◆ 使用方法簡單

◆ 可攜帶大片段DNA，通用于各種類型的DNA或RNA

◆ 能轉(zhuǎn)染各種類型的細(xì)胞

◆ 沒有免疫原性

◆ 在體外基因轉(zhuǎn)染中有很高的效率

近年來，體內(nèi)轉(zhuǎn)染研究越來越火熱，陽離子脂質(zhì)體在很大程度上由于以下特點限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用，無法直接應(yīng)用于體內(nèi)研究：

◆ 在血清存在的情況下會迅速失活

◆ 脂質(zhì)體本身會參與細(xì)胞生理活動，引起基因表達(dá)的上調(diào)或下調(diào)，造成細(xì)胞毒性

◆ 在肺組織內(nèi)累積，誘發(fā)強烈的抗炎反應(yīng)，導(dǎo)致高水平的毒性

同時，人們也一直在尋找更有效、毒性小，同時對研究影響也小的轉(zhuǎn)染試劑。由于脂質(zhì)類轉(zhuǎn)染試劑對細(xì)胞的毒性是由其脂質(zhì)特性決定的，眾多的研究者和生物公司將新一代轉(zhuǎn)染試劑的開發(fā)聚焦在非脂質(zhì)體的聚合物上。

圖2. 陽離子脂質(zhì)體與陽離子聚合物介導(dǎo)的轉(zhuǎn)染

陽離子聚合物

近年來國際上推出了一些陽離子聚合物基因轉(zhuǎn)染技術(shù)，以其適用宿主范圍廣、操作簡便、對細(xì)胞毒性小、轉(zhuǎn)染效率高的特點，受到研究者們的青睞。其原理是帶正電的聚合物與帶負(fù)電的核酸磷酸基團(tuán)形成帶正電的復(fù)合物后與細(xì)胞表面帶負(fù)電的蛋白多糖相互作用，并通過內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞。

陽離子聚合物相對毒性較低，和陽離子脂質(zhì)體最大的區(qū)別：

◆ 不含疏水部分而*溶于水

◆ 方便地進(jìn)行化學(xué)修飾

◆ 不像脂質(zhì)體一樣破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)

陽離子聚合物高效轉(zhuǎn)染的特征：

◆ 濃縮DNA，將DNA運送到細(xì)胞內(nèi)，并其在細(xì)胞核內(nèi)釋放

◆ 細(xì)胞毒性很低，很穩(wěn)定

◆ 不被血清清除

目前使用*泛的陽離子聚合物轉(zhuǎn)染試劑是聚乙烯亞胺（PEI），具有顯著的特點：

◆ 毒性低、成本低、免疫原性低

◆ 可將外源基因轉(zhuǎn)染到懸浮細(xì)胞或貼壁細(xì)胞中

黃4.jpg

圖3. PEI轉(zhuǎn)染DNA示意圖（源于網(wǎng)絡(luò)）

PEI是一種具有較高的陽離子電荷密度的有機大分子，每相隔二個碳原子，即每第三個原子都是質(zhì)子化的氨基氮原子，使得聚合物網(wǎng)絡(luò)在任何pH下都能充當(dāng)有效的“質(zhì)子海綿"(proton sponge)體。自1995年P(guān)EI被用于DNA轉(zhuǎn)染以來，就因其安全性和穩(wěn)定性而被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和基因療法中。

圖4. PEI使用效果圖

a. PEI 40000轉(zhuǎn)染GFP質(zhì)粒到貼壁細(xì)胞Hek-293，72h后，轉(zhuǎn)染效率達(dá)到90%（左圖）

b.PEI 40000轉(zhuǎn)染GFP質(zhì)粒到懸浮細(xì)胞CHO-K1，72h后，轉(zhuǎn)染效率達(dá)到80%（右圖）

隨著PEI技術(shù)的不斷革新與發(fā)展，現(xiàn)在PEI被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)研究、非病毒載體體內(nèi)轉(zhuǎn)染研究、病毒和蛋白生產(chǎn)專用研究中。大量實驗證明，PEI是非常有希望的基因治療載體。目前在設(shè)計更復(fù)雜的基因載體時，PEI經(jīng)常作為核心組成成分。

目前翌圣提供了多種轉(zhuǎn)染試劑，客戶可根據(jù)轉(zhuǎn)染核酸的種類/貼壁細(xì)胞/懸浮細(xì)胞等條件，選擇合適的轉(zhuǎn)染試劑，我們將在下期進(jìn)行說明。

參考文獻(xiàn)

[1]. Andrzej W.Cwetsch, Bruno Pinto, Annalisa Savardi, Laura Cancedda. In vivo methods for acute modulation of gene expression in the central nervous system. Progress in Neurobiology. 2018 September 2018, Pages 69-85. doi.org/10.1016/j.pneurobio.2018.04.008

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