剖析電穿孔與脂質體轉染懸浮貼壁細胞的效率

摘要：本文深入剖析了電穿孔與脂質體轉染懸浮貼壁細胞的效率。通過詳細闡述兩種轉染方法的原理，精心設計對比實驗，從轉染效率、細胞毒性等多方面進行研究。結果表明，電穿孔法轉染效率較高但細胞毒性大，脂質體法細胞毒性低但轉染效率受多種因素影響，為細胞轉染方法的選擇提供了有力參考。

引言

在現代生物學和醫學研究領域，細胞轉染技術作為一種將外源性基因導入細胞內的重要手段，發揮著關鍵作用。其中，電穿孔法和脂質體轉染法是兩種常用的轉染方法。深入了解這兩種方法對懸浮貼壁細胞的轉染效率，對于科研人員選擇合適的轉染策略具有重要意義。

一、電穿孔與脂質體轉染原理

（1）電穿孔轉染原理

電穿孔法是一種物理介導的基因遞送方法。其原理是利用瞬間高壓電場使細胞膜可逆性穿孔，同時細胞膜上電勢升高，驅使帶電荷的分子（如 DNA）以電泳方式穿過細胞膜進入細胞。

（2）脂質體轉染原理

脂質體轉染法是一種化學介導的基因遞送方法。陽離子脂質體表面帶正電荷，能與核酸的磷酸根通過靜電作用，將 DNA 分子包裹入內，形成 DNA - 脂質體復合物。該復合物隨后被表面帶負電的細胞膜吸附，通過融合或細胞內吞的方式進入細胞。

二、實驗材料與方法

（1）實驗材料

選取常見哺乳動物細胞系，如 HeLa（人宮頸癌細胞）作為貼壁細胞代表、CHO（中國倉鼠卵巢細胞）部分作為懸浮細胞部分研究、K562（人髓系白血病細胞）作為懸浮細胞。用含 10% 胎牛血清、100u/ml 青霉素、100μg/ml 鏈霉素的 DMEM 高糖培養基，于 37°C、5% CO₂飽和濕度培養箱培養。將目的基因片段（如 GFP 報告基因）克隆至真核表達載體，轉化大腸桿菌感受態細胞，經氨芐青霉素抗性篩選、擴增，提取質粒用無內毒素試劑盒純化。準備電穿孔儀、脂質體轉染試劑、離心機、培養板、微量移液器、離心管等器材。

（2）電穿孔法轉染實驗步驟

收集對數期細胞，胰酶消化、離心收集沉淀，用預冷電轉緩沖液重懸至合適密度。將適量 DNA 加入細胞懸液中，充分混合后轉移至電穿孔樣品池中。在電穿孔裝置上設置合適的輸出電壓、脈沖寬度等參數，啟動電穿孔裝置供給電脈沖。電處理后，向小池加 1ml 普通培養基，將細胞混合液轉移到組織培養容器中，放回孵育箱中使之在正常條件下生長。

（3）脂質體法轉染實驗步驟

以不同比例（脂質體∶質粒 = 1∶1 - 5∶1）將脂質體與質粒 DNA 輕柔混合，室溫孵育 20 - 30 分鐘形成復合物。轉染當天，將細胞鋪板，使細胞密度達到匯合率為 70% - 90%。吸去培養皿中的培養基，用 PBS 或者無血清培養基清洗一次，更換無血清培養基。將復合物逐滴加至細胞培養皿，輕輕搖勻，37°C 孵育 4 - 6 小時后換新鮮培養基，繼續培養特定時長觀察轉染效果。

三、實驗結果與分析

（1）轉染效率對比

在 HeLa 細胞中，脂質體法轉染效率隨脂質體比例升高漸增，至 3∶1 達約 30% 平臺期；電穿孔法在 200V、30μF 時效率超 50%。在 CHO 細胞中，脂質體法效率普遍低于 20%，電穿孔法依優化參數可達 40% 左右。對于 K562 細胞，電穿孔轉染法轉染效率明顯高于脂質體法，在特定參數下能達到 60% 以上，而脂質體法最高僅約 25% 。由此可見，電穿孔法在多數細胞系中展現出較高的轉染效率，尤其對于懸浮細胞更為顯著。

（2）細胞毒性分析

脂質體轉染后，細胞形態相對正常，細胞活力在較高脂質體比例時有所下降，但仍能保持在 70% 以上。電穿孔轉染后，部分細胞出現皺縮、變圓等現象，細胞活力明顯降低，尤其在高電壓、長時間脈沖條件下，細胞活力可降至 50% 以下。這表明脂質體轉染法的細胞毒性相對較低，對細胞生理狀態影響較小。

（3）影響因素探討

脂質體轉染效率受脂質體與 DNA 比例、細胞密度、血清等因素影響。過高或過低的脂質體比例都不利于轉染，合適的細胞密度能保證細胞健康且利于復合物攝取。血清中的蛋白可能與脂質體或 DNA 結合，影響轉染效果。電穿孔轉染效率則主要取決于電場強度、脈沖寬度和細胞類型。不同細胞對電場的耐受性不同，需優化參數以提高轉染效率并降低細胞毒性。

四、應用場景與展望

（1）應用場景

在基礎研究中，若對細胞毒性要求較低，追求高轉染效率，如構建基因過表達或敲低細胞模型，電穿孔法較為適用。而在藥物篩選、細胞治療等對細胞生理狀態要求較高的應用中，脂質體轉染法因細胞毒性低更具優勢。例如在腫瘤細胞的基因治療研究中，需要考慮治療載體對細胞的損傷，脂質體轉染可作為重要手段 。

（2）研究展望

未來，細胞轉染技術的發展將朝著提高轉染效率、降低細胞毒性、增強靶向性的方向進行。對于電穿孔法，可能會開發更精準的電場調控技術，實現對特定細胞群體的高效轉染。脂質體轉染方面，新型脂質體材料的研發有望進一步提高轉染效率，同時降低其對細胞的不良影響。此外，結合多種轉染技術的優勢，開發聯合轉染方法也是一個潛在的研究方向。

綜上所述，電穿孔和脂質體轉染在懸浮貼壁細胞的轉染中各有優劣�？蒲腥藛T在選擇轉染方法時，應綜合考慮實驗目的、細胞類型、對細胞毒性的耐受程度等因素，以實現最佳的轉染效果。