细胞转染怎么做？常见的细胞转染试剂一览

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细胞转染是一种常用的生物学实验技术，用于将外源低分子化合物、核酸、蛋白质等物质导入到活细胞中。通过转染，研究人员可以研究基因功能、进行基因治疗、药物筛选等，对生命科学研究和药物开发具有重要意义。

细胞转染的基本概念和原理：

细胞转染是指将外源物质引入到目标细胞内的过程。转染试剂起到载体的角色，帮助外源物质穿过细胞膜，并使其保持在细胞内。

细胞转染的基本原理有三种：

• 离子类转染试剂：如钙磷法，通过与DNA形成复合物进入细胞，或通过聚丙烯酰胺凝胶电泳进行电击转染。
• 载体类转染试剂：如聚乙烯醇、聚合脂质体等，通过与DNA、RNA或蛋白质结合形成复合物，并与细胞膜发生相互作用，使其进入细胞。
• 特殊物质辅助转染：如脂质类试剂伯胺脂质、双链脂质等，通过与DNA或RNA形成脂质体复合物，与细胞膜结合，实现外源物质的导入。
  

以上是细胞转染的基本概念和原理，实际操作中需要根据需要选择合适的转染试剂和方法，以保证高转染效率和细胞生存与功能的正常。

研究背景和意义

细胞转染是生物学和医学研究中一项非常重要的技术，它能够将外源的DNA、RNA、蛋白质等物质导入到活细胞中，实现基因传递和功能调控，从而对生物学过程进行深入研究，并为基因治疗和药物开发提供技术支持。

细胞转染的研究背景和意义如下：

• 基因功能研究：细胞转染技术被广泛运用于基因功能研究，通过引入外源基因或RNA干扰分子，可以对基因的功能进行研究，了解基因在生物学过程中的作用机制。
• 基因治疗与基因工程：细胞转染在基因治疗中扮演着重要角色。通过将正常基因导入受损细胞中，可以实现基因修复、纠正突变基因等，为遗传疾病的治疗提供新的手段。此外，利用细胞转染技术，还可以实现基因工程，如生产重组蛋白、工程化细胞线路等。
• 药物筛选与疾病研究：通过细胞转染技术，可以建立细胞模型用于药物筛选，评估药物对细胞的影响及作用机制。此外，也可以利用细胞转染技术进行疾病研究，模拟疾病相关基因的功能和失调，研究疾病的发生机制以及寻找治疗策略。
• 基础生物学研究：细胞转染技术为基础生物学研究提供了重要工具。通过引入特定基因或RNA，可以观察其在细胞内的表达和功能，揭示细胞信号传导、分化、增殖等生物学过程的机制。
  

细胞转染技术在生物学和医学研究中具有广泛的应用价值。它可以帮助研究人员深入了解基因功能、疾病机制，为基因治疗、药物开发和基础生物学研究提供了有力的工具和方法。

基本概念和原理

细胞转染是指将外源物质（如DNA、RNA、蛋白质等）引入目标细胞内的过程。该技术广泛应用于基因功能研究、基因治疗、药物筛选等领域。细胞转染的基本概念和原理如下：

• 细胞转染的概念： 细胞转染是指将外源物质引入到目标细胞内的过程，其中外源物质可以是DNA、RNA、蛋白质等，用于实现基因传递、蛋白表达或功能调控。通过细胞转染，可以研究基因的功能、改变细胞的表型，或者用于基因治疗等应用。
• 细胞转染的原理：细胞转染的原理是通过引入外源物质并使其进入细胞内，从而实现物质的导入和表达。细胞转染的原理主要包括以下几种：a) 离子类转染试剂： 这种方法通过离子的作用，将目标物质直接引入细胞内。例如，钙磷法是最常见的离子类转染方法，它通过与DNA形成钙磷共沉淀，然后与细胞膜相接触，使DNA进入细胞。b) 载体类转染试剂： 载体类转染试剂一般是无细胞封闭体，通过与目标物质（DNA、RNA等）结合形成复合物，帮助外源物质穿越细胞膜，并进入细胞质。其中最常用的载体是脂质体，其结构为由脂质双层组成的小球：这种方法通过特殊的物质辅助目标物质进入细胞。例如，伯胺脂质（Bolalipid）是一种脂质类试剂，可以将DNA包裹在纳米颗粒中，增加 DNA 与细胞膜的亲和力，从而实现细胞转染。
  

细胞转染的原理是利用不同的转染试剂，通过离子、脂质体、特殊物质等辅助目标物质进入细胞，从而实现物质的导入和表达。

请注意，细胞转染的方法和原理可能因应用的目的、细胞类型以及目标物质的特性而略有差异。因此，在实际应用中，需要根据研究目的和实验条件选择合适的转染试剂和方法，以达到高效转染和细胞生存的要求。

细胞转染是外源基因进入真核细胞的一种重要方法。这些外源DNA或RNA通过转染试剂的包装辅助才能顺利进入细胞，发挥相应的作用，进而研究其细胞功能及相应的影响。广泛应用于基因功能研究、调控基因表达、癌症、疾病模型相关研究和重组蛋白研究等生物学试验。

常见的细胞转染试剂包括：

• 唾液酸钙 (Calcium phosphate)：在传统的转染方法中使用，适用于哺乳动物细胞。
• 脂质体 (Liposome)：由脂质构成的微小囊泡，可与DNA/RNA复合体结合，适用于转染多种细胞类型。
• 聚合物转染试剂：如聚乙烯醇 (Polyethyleneimine, PEI)、聚溶菌酶 (Polybrene)等。
• 血红素素颗粒(Hemagglutinating virus of Japan envelope, HVJ-E)：可以帮助病毒转染。
• 病毒载体：如腺病毒 (Adenovirus)、腺相关病毒 (Adeno-associated virus, AAV)、冠状病毒等，用于高效转染。
  

常见的细胞转染方法包括：

• 暴露法 (Naked DNA transfection)：直接将外源DNA溶液或复合体加入细胞培养基中，细胞通过吞噬作用摄取外源DNA。
• 钙磷共沉淀法 (Calcium phosphate co-precipitation)：将DNA与钙磷盐混合，形成复合物沉淀，然后与细胞共同培养，使细胞吞噬DNA。
• 电穿孔法 (Electroporation)：利用高电压脉冲破坏细胞膜，在短暂的时间内形成孔，使DNA得以进入细胞。
• 缓冲静电脉冲法 (Buffer-mediated electroporation)：将细胞悬浮于含有DNA的缓冲液中，并施加电脉冲，使DNA进入细胞。
• 脂质体转染法 (Lipofection)：将DNA/RNA与合适的脂质体结合形成复合体，脂质体能够和细胞膜发生相互作用，使复合体进入细胞。
• 病毒介导转染 (Viral-mediated transduction)：利用病毒载体将外源DNA传递到目标细胞内，常见的病毒载体包括腺病毒、AAV等。
  

根据研究需求和细胞类型的不同，选择合适的转染试剂和方法非常重要，以保证高效、有效地实现细胞转染。

离子类转染试剂

离子类细胞转染试剂包括钙磷法和肌动蛋白类试剂。这些试剂能够帮助外源DNA进入细胞内。

• 钙磷法（Calcium phosphate transfection method）：钙磷法是一种传统的细胞转染方法，适用于哺乳动物细胞。该方法基于钙离子与DNA结合生成复合物的原理。首先，将外源DNA与钙盐混合，产生钙磷结晶沉淀。然后，将钙磷沉淀与目标细胞一同处理，通常是直接加入到细胞培养基中。转染过程中，细胞通过吞噬作用摄取了外源DNA。该方法简单易行，价格低廉，但转染效率较低，对细胞的毒性较大。
• 肌动蛋白类试剂（Actin-based reagents）：肌动蛋白类试剂是一类利用细胞内辅助因子肌动蛋白进行细胞转染的试剂。目前，主要有两种肌动蛋白类试剂被广泛应用：
  

• 介导转染肌动蛋白类试剂（Mediated Transfection Actin-based Reagents）：这类试剂将DNA与肌动蛋白相结合，形成复合体，通过肌动蛋白介导，使DNA进入细胞。其中，有一种常用的介导转染肌动蛋白类试剂是聚乙烯醇肌动蛋白（Polyethyleneimine-Actin, PEI-Actin）。聚乙烯醇肌动蛋白复合体与细胞膜发生相互作用，启动肌动蛋白点的聚合，促进DNA融入细胞。
• 直接转染肌动蛋白类试剂（Direct Transfection Actin-based Reagents）：这类试剂是将肌动蛋白与DNA结合形成复合体，并通过肌动蛋白内源结构的特点，使DNA进入细胞。这些肌利用细胞萎缩遗传性变体细胞生成的肌动蛋白，如生物素化微柱肌动蛋白（Biotinylated Microcolumn Actin, BMCA）。BMCA与DNA形成复合体，通过与细胞膜上生物素结合的受体相互作用，展开了DNA的内吸。
  

离子类细胞转染试剂一般与其他试剂（如缓冲液）一同使用，以提高转染效率和细胞的存活率。在选择试剂和方法时，需要根据细胞类型、外源DNA的特性和研究需求综合考虑。

聚合物类转染试剂

聚合物类细胞转染试剂包括聚乙烯醇（Polyethyleneimine, PEI）和聚合脂质体（Polymeric Liposomes）。这些聚合物类试剂通过与DNA/RNA形成复合体，进一步促进复合体的转染进入细胞。

• 聚乙烯醇（Polyethyleneimine, PEI）：PEI是一种阳离子性高分子聚合物，被广泛用于细胞转染。PEI可与DNA/RNA负电荷结合形成复合物，并介导复合物与细胞膜之间的相互作用，促进DNA的转染进入细胞。PEI常用于无血清培养基中，使得细胞在转染过程中细胞存活率较高。PEI可在细胞膜上形成的可稳定遗传信息复合物，通过内吸近缘的方式，将DNA递送到胞质中。
• 聚合脂质体（Polymeric Liposomes）：聚合脂质体是由具有特定结构的脂质和聚合物组成的纳米粒子。与传统脂质体相比，聚合脂质体具有更高的负载能力、更好的稳定性和较长的循环时间。将DNA与聚合脂质体包裹成复合体，该复合体可利用靶向和胞噬等机制，实现DNA的转染进入细胞。聚合脂质体在细胞转染过程中具有较高的转染效率和较低的细胞毒性。
  

这些聚合物类试剂在细胞转染中通常与DNA/RNA等外源质粒共同处理。使用时，通常需要将DNA/RNA与聚合物试剂按照特定比例混合，形成复合体后加入细胞培养基中，以实现转染目的。

在选择聚合物类试剂时，需要根据细胞类型、转染效率、细胞毒性、研究需求和试剂的成本等因素进行综合考虑。同时，还应根据试剂的使用说明进行操作，以获得最佳的转染效果。

蛋白质类转染试剂

蛋白质类细胞转染试剂包括聚赖氨酸（Poly-L-lysine, PLL）和聚精氨酸（Poly-L-arginine, PLA）。这些蛋白质类试剂通过与DNA/RNA形成复合体，促进复合体的转染进入细胞。

• 聚赖氨酸（Poly-L-lysine, PLL）：PLL是一种多阳离子性的蛋白质聚合物，常用于细胞转染和细胞培养的表面涂层。在细胞转染中，PLL能够与DNA或RNA形成复合体，通过静电相互作用帮助复合体进入细胞。PLL与DNA相互作用的机制是电荷中和和阳离子的吸附。PLL在胞内释放阳离子，从而促使DNA与细胞内的负电荷区域结合，进而实现转染。
• 聚精氨酸（Poly-L-arginine, PLA）：PLA是一种多阳离子性氨基酸聚合物，与PLL类似，也被用作细胞转染试剂。PLA与DNA/RNA相互作用形成复合体，然后与细胞膜上的负电荷区域相互作用，从而促进DNA/RNA的转染进入细胞。与PLL相比，PLA具有更高的阳离子性，因此在某些情况下，PLA可能具有更好的转染效率。
  

这些蛋白质类试剂通常与DNA/RNA等外源质粒共同处理。使用时，将DNA/RNA与聚赖氨酸或聚精氨酸按照特定比例混合，形成复合体后加入细胞培养基中，以实现转染目的。

脂质类转染试剂

脂质类细胞转染试剂是常用的转染试剂之一，主要有伯胺脂质和双链脂质。

• 伯胺脂质（Cationic Lipids）: 伯胺脂质是一种阳离子性脂质，其分子结构通常包括一个亲水头部和一个疏水尾部。在转染过程中，伯胺脂质能够与DNA/RNA形成复合体，并与细胞膜中负电荷的磷脂结合。这种相互作用促使复合体进入细胞内。伯胺脂质转染的优点包括简单易用、成本较低，适用于多种细胞类型。然而，伯胺脂质转染也存在一些缺点，例如转染效率有限，有一定的细胞毒性。
• 双链脂质（Bilayer Lipids）: 双链脂质是由两个脂质链构成的脂质分子。双链脂质通常作为基础材料与其他辅助成分（如胆固醇）组成复杂的转染试剂。这些复杂的脂质体结构对转染效果起到了重要的作用，可以增强DNA/RNA与细胞膜的相互作用，提高转染效率。相比于伯胺脂质，双链脂质转染试剂通常具有较高的转染效率和较低的细胞毒性。然而，其制备较为复杂，成本相对较高。
  

使用脂质类细胞转染试剂时，一般需要将DNA/RNA与试剂按照特定比例混合，形成脂质体和核酸复合体，然后将其加入到细胞培养基中。转染过程中，脂质体能够与细胞膜相互作用，从而使复合体进入细胞内。选择合适的蛋白质类和脂质类试剂时，都需要综合考虑细胞类型、转染效率、细胞毒性、试剂成本等因素，并根据试剂的使用说明进行操作，以获得最佳的转染效果。

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