细胞转染技术是分子和细胞生物学交叉研究的基石,它允许科学家将外源核酸导入细胞,以探索基因功能、表达和开发基因疗法或生产重组蛋白。本文将综述目前流行的体外转染技术,包括化学转染、物理转染和病毒转染,探讨它们的原理、方法和应用。
化学转染技术:通过使用化学试剂促进核酸被细胞摄取。这些试剂与核酸形成复合物,并通过内吞作用被细胞内化。主要的化学转染方法包括脂质转染和磷酸钙转染。脂质转染法利用阳离子脂质体与带负电的核酸结合形成复合物,通过细胞膜融合实现高效递送,尤其适用于难转染细胞系。磷酸钙法则通过形成核酸-磷酸钙共沉淀物,在细胞膜表面诱导内吞作用,虽然成本低廉但存在细胞毒性风险。近年来,聚合物转染试剂如聚乙烯亚胺(PEI)因其"质子海绵效应"显著提升转染效率,成为原代细胞转染的新选择。
物理转染技术通过机械或电学手段突破细胞膜屏障。电穿孔技术利用高压脉冲在细胞膜上形成瞬时孔隙,适用于悬浮细胞和胚胎干细胞,但需精确优化电压参数。显微注射能精准控制递送剂量,常用于受精卵基因编辑,不过通量较低。新兴的纳米穿刺技术采用硅纳米针阵列,可实现对细胞核的直接递送,为神经元等终末分化细胞提供解决方案。
病毒转染技术凭借天然感染机制展现独特优势。慢病毒载体能整合入宿主基因组实现稳定表达,是构建转基因动物的理想工具;腺相关病毒(AAV)因其低免疫原性成为基因治疗首选载体。最新开发的"病毒样颗粒"技术通过保留病毒包膜蛋白而剔除遗传物质,兼具高转染效率与生物安全性。
未来转染技术将向智能化方向发展,光控转染系统可通过特定波长激活核酸释放,时空分辨率达单细胞水平。而基于CRISPR-Cas9的靶向递送系统,能实现特定基因组位点的精准修饰。随着器官芯片和类器官模型兴起,微流控转染平台有望实现三维培养环境下的高通量基因操作,为精准医疗提供关键技术支撑。
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