轉(zhuǎn)染增強(qiáng)試劑是一類能夠提高外源核酸分子進(jìn)入細(xì)胞效率的輔助試劑。在分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)研究中,將質(zhì)粒DNA、小干擾RNA、信使RNA或其它核酸分子導(dǎo)入哺乳動(dòng)物細(xì)胞是一項(xiàng)基礎(chǔ)且頻繁進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作。然而,常規(guī)轉(zhuǎn)染方法在某些細(xì)胞類型(如懸浮細(xì)胞、原代細(xì)胞、干細(xì)胞或神經(jīng)元)中可能面臨效率偏低的問(wèn)題。轉(zhuǎn)染增強(qiáng)試劑的作用就是通過(guò)改善核酸與轉(zhuǎn)染試劑的復(fù)合物穩(wěn)定性、促進(jìn)細(xì)胞攝取或加速內(nèi)涵體逃逸等途徑,幫助提升目標(biāo)核酸進(jìn)入細(xì)胞的比例,從而獲得更好的基因過(guò)表達(dá)或基因沉默效果。
該試劑的主要價(jià)值在于拓展了高效轉(zhuǎn)染的細(xì)胞適用范圍。許多貼壁細(xì)胞系(如HEK293、HeLa)使用常規(guī)轉(zhuǎn)染試劑即可獲得相對(duì)滿意的效率,但對(duì)于難轉(zhuǎn)染細(xì)胞,單獨(dú)使用脂質(zhì)體或聚合物轉(zhuǎn)染試劑往往效果不理想。轉(zhuǎn)染增強(qiáng)試劑可作為補(bǔ)充方案,與現(xiàn)有轉(zhuǎn)染試劑配合使用,減少因轉(zhuǎn)染效率過(guò)低導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)失敗風(fēng)險(xiǎn)。此外,部分增強(qiáng)試劑也能降低轉(zhuǎn)染試劑的用量,減輕對(duì)細(xì)胞的毒性作用。以下從應(yīng)用領(lǐng)域、作用原理和性能特點(diǎn)三個(gè)方面進(jìn)行介紹。
一、應(yīng)用領(lǐng)域
1、原代細(xì)胞轉(zhuǎn)染。原代肝細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等對(duì)DNA導(dǎo)入的耐受性較低,常規(guī)轉(zhuǎn)染方法效率往往低于百分之十。使用轉(zhuǎn)染增強(qiáng)試劑可將效率提升至百分之三十至百分之五十,適用于基因功能初篩和原代細(xì)胞基因編輯實(shí)驗(yàn)。
2、懸浮細(xì)胞轉(zhuǎn)染。免疫細(xì)胞(如T細(xì)胞、NK細(xì)胞、巨噬細(xì)胞)以及造血干細(xì)胞等懸浮生長(zhǎng)細(xì)胞,由于缺乏貼附狀態(tài)且細(xì)胞膜較為敏感,轉(zhuǎn)染難度較大。特定轉(zhuǎn)染增強(qiáng)試劑能夠促進(jìn)核酸復(fù)合物與懸浮細(xì)胞的接觸和內(nèi)化。
3、難轉(zhuǎn)染貼壁細(xì)胞。包括人胚胎干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞以及部分腫瘤細(xì)胞株(如PC12、MCF7)。這些細(xì)胞常因膜結(jié)構(gòu)特殊或內(nèi)涵體逃逸效率低而轉(zhuǎn)染困難,增強(qiáng)試劑可協(xié)助克服這些障礙。
4、小干擾RNA介導(dǎo)的基因沉默實(shí)驗(yàn)。小干擾RNA轉(zhuǎn)染要求較高的遞送效率以產(chǎn)生足夠的基因敲低效果。轉(zhuǎn)染增強(qiáng)試劑可以提高小干擾RNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)的比例,減少脫靶效應(yīng)和細(xì)胞毒性。
5、CRISPR基因編輯。將質(zhì)粒形式的CRISPR組件(Cas9和引導(dǎo)RNA)遞送至細(xì)胞時(shí),轉(zhuǎn)染增強(qiáng)試劑有助于提升編輯效率,減少篩選陽(yáng)性克隆的工作量。
6、病毒包裝與生產(chǎn)。在HEK293T細(xì)胞中包裝慢病毒或逆轉(zhuǎn)錄病毒時(shí),轉(zhuǎn)染增強(qiáng)試劑可提高質(zhì)粒轉(zhuǎn)染效率,進(jìn)而提升病毒滴度。
二、作用原理
1、促進(jìn)復(fù)合物穩(wěn)定與濃縮。轉(zhuǎn)染增強(qiáng)試劑通常含有陽(yáng)離子聚合物或多價(jià)陽(yáng)離子成分,能夠與帶負(fù)電的核酸形成更緊密的復(fù)合物顆粒。這些顆粒尺寸較小(一般在100至300納米),表面帶有適量的正電荷,有利于被細(xì)胞膜上的負(fù)電荷位點(diǎn)吸附。
2、增加細(xì)胞膜通透性。某些增強(qiáng)試劑(如氯喹衍生物或特定多肽)能夠與細(xì)胞膜發(fā)生瞬時(shí)相互作用,輕微改變膜的結(jié)構(gòu)有序性,使核酸復(fù)合物更容易通過(guò)內(nèi)吞途徑進(jìn)入細(xì)胞。
3、促進(jìn)內(nèi)涵體逃逸。內(nèi)涵體是一個(gè)酸性的亞細(xì)胞器,若核酸被滯留其中,容易被核酸酶降解而無(wú)法發(fā)揮功能。部分轉(zhuǎn)染增強(qiáng)試劑具有質(zhì)子海綿效應(yīng)或膜融合活性,能夠引起內(nèi)涵體膨脹和破裂,幫助核酸釋放到細(xì)胞質(zhì)中。
4、減少?gòu)?fù)合物聚集沉淀。在高濃度或血清存在的條件下,轉(zhuǎn)染復(fù)合物容易發(fā)生聚集沉淀,降低有效遞送效率。一些增強(qiáng)試劑可作為分散穩(wěn)定劑,保持復(fù)合物在培養(yǎng)基中的均勻分散。
5、協(xié)同作用機(jī)制。轉(zhuǎn)染增強(qiáng)試劑并非獨(dú)立完成核酸遞送,而是與陽(yáng)離子脂質(zhì)體或陽(yáng)離子聚合物等主要轉(zhuǎn)染試劑協(xié)同工作。增強(qiáng)試劑通常在轉(zhuǎn)染試劑與核酸形成復(fù)合物后加入,或在加入復(fù)合物的同時(shí)添加,以輔助細(xì)胞攝取和后期的胞內(nèi)運(yùn)輸過(guò)程。
三、性能特點(diǎn)
1、廣譜適用性。多數(shù)轉(zhuǎn)染增強(qiáng)試劑對(duì)多種難轉(zhuǎn)染細(xì)胞表現(xiàn)出相對(duì)廣泛的適用性,可同時(shí)用于貼壁細(xì)胞和懸浮細(xì)胞。部分產(chǎn)品針對(duì)特定細(xì)胞類型(如懸浮免疫細(xì)胞)進(jìn)行了配方優(yōu)化。
2、操作便捷。增強(qiáng)試劑通常在細(xì)胞鋪板后或轉(zhuǎn)染復(fù)合物加入時(shí)直接添加到培養(yǎng)基中,無(wú)需額外換液或復(fù)雜的步驟。操作流程與常規(guī)轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)相似,上手難度較低。
3、低細(xì)胞毒性。與增加轉(zhuǎn)染試劑用量相比,使用增強(qiáng)試劑在不顯著增加毒性的前提下提升效率。多數(shù)增強(qiáng)試劑對(duì)細(xì)胞活性的影響低于百分之十五,在優(yōu)化條件下可控制在百分之十以內(nèi)。
4、兼容多種核酸類型。轉(zhuǎn)染增強(qiáng)試劑既適用于質(zhì)粒DNA(大小可達(dá)10千堿基以上),也適用于小干擾RNA、反義寡核苷酸和信使RNA。部分增強(qiáng)試劑還支持CRISPR核糖核蛋白復(fù)合物的遞送。
5、血清兼容性。某些增強(qiáng)試劑在含血清的培養(yǎng)基中仍保持活性,無(wú)需更換為無(wú)血清培養(yǎng)基,簡(jiǎn)化了操作流程。但不同產(chǎn)品的血清兼容性存在差異,使用前應(yīng)查閱產(chǎn)品說(shuō)明。
6、效率提升幅度。在優(yōu)化條件下,轉(zhuǎn)染增強(qiáng)試劑可將難轉(zhuǎn)染細(xì)胞的轉(zhuǎn)染效率提升二至五倍。具體提升幅度取決于細(xì)胞類型、核酸用量和基礎(chǔ)轉(zhuǎn)染試劑的種類。
7、批次間一致性。商業(yè)化轉(zhuǎn)染增強(qiáng)試劑經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量控制,不同批次之間的活性差異通常控制在百分之十以內(nèi),有助于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)和比較。
轉(zhuǎn)染增強(qiáng)試劑是分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中用于提高難轉(zhuǎn)染細(xì)胞核酸遞送效率的一類輔助產(chǎn)品。它通過(guò)促進(jìn)復(fù)合物穩(wěn)定、增加細(xì)胞攝取和協(xié)助內(nèi)涵體逃逸等機(jī)制,與常規(guī)轉(zhuǎn)染試劑協(xié)同發(fā)揮作用。在原代細(xì)胞、懸浮免疫細(xì)胞、干細(xì)胞以及小干擾RNA和CRISPR實(shí)驗(yàn)中,轉(zhuǎn)染增強(qiáng)試劑具有較為實(shí)用的應(yīng)用價(jià)值。了解其工作原理、適用細(xì)胞范圍和操作特點(diǎn),有助于實(shí)驗(yàn)人員根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)需求選擇合適的增強(qiáng)方案,減少因轉(zhuǎn)染效率不足導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)重復(fù)和試劑浪費(fèi)。對(duì)于從事基因功能研究和細(xì)胞治療開(kāi)發(fā)的科研人員而言,轉(zhuǎn)染增強(qiáng)試劑可以作為優(yōu)化轉(zhuǎn)染條件的一個(gè)有益選項(xiàng)。