常規(guī)的轉(zhuǎn)染包括脂質(zhì)體,電轉(zhuǎn)化和病毒法。普通的293、Hela等細(xì)胞系,脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染也能達(dá)到70-80%。而對(duì)于其他一些極難轉(zhuǎn)染的細(xì)胞,如原代神經(jīng)元,原代神經(jīng)干細(xì)胞,免疫細(xì)胞等來說,脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染不僅轉(zhuǎn)化效率很低(約10%),而且細(xì)胞死亡率極高。因此有些研究人員不得不轉(zhuǎn)用更加昂貴而且毒性更大的病毒包被法。病毒法可以提高轉(zhuǎn)化效率,但是在后續(xù)培養(yǎng)中,細(xì)胞死亡率很高,細(xì)胞自然的生理生化特性遭到破壞,無法后續(xù)實(shí)驗(yàn)。而電穿孔技術(shù)的發(fā)展及所具備的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)則越來越受到科研人員的重視。
從上個(gè)世紀(jì)80年代第一臺(tái)電轉(zhuǎn)化儀誕生至今,大部分電轉(zhuǎn)化儀的波形仍是單向高壓方波(如下圖),細(xì)胞死亡率極高。如小鼠精原干細(xì)胞這種脆弱的細(xì)胞就會(huì)全部死亡。
為了解決單向高壓方波的問題,出現(xiàn)了需要配備特殊試劑的電轉(zhuǎn)化儀。它延續(xù)了傳統(tǒng)的方波,并設(shè)定了固定的參數(shù)。為了提高轉(zhuǎn)化效率,每換一種或幾種細(xì)胞,就必須重新購買不同的轉(zhuǎn)染試劑,導(dǎo)致極高的試劑使用成本,多數(shù)用戶表示難以接受。而且由于“黑匣子”設(shè)計(jì)模式,用戶只能知道轉(zhuǎn)染程序序列號(hào),無法了解具體的轉(zhuǎn)化參數(shù),更無法優(yōu)化設(shè)定參數(shù)!
因此,無需特殊轉(zhuǎn)染試劑輔助,又能顯著提高轉(zhuǎn)化效率和存活率的電轉(zhuǎn)化技術(shù)的研發(fā)就成為細(xì)胞轉(zhuǎn)染的發(fā)展方向。
隨著電傳孔技術(shù)質(zhì)的飛躍,日本BEX公司2012年發(fā)布了創(chuàng)新的瞬時(shí)穿孔高壓+動(dòng)態(tài)衰減/靜態(tài)衰減/恒流+反向方波脈沖組合模式,完全解決了上述問題。脈沖波形圖如下:
瞬時(shí)高壓可快速在細(xì)胞膜表面打孔并極大減少細(xì)胞死亡;隨后切換成幾十伏的低壓來驅(qū)動(dòng)DNA高效進(jìn)入細(xì)胞,反向脈沖可以顯著增加DNA進(jìn)入細(xì)胞的幾率,大幅提高轉(zhuǎn)化效率。在一年時(shí)間內(nèi),用CUY21 EDIT II 轉(zhuǎn)化過的細(xì)胞超過百種,其中多數(shù)都是極難轉(zhuǎn)染的細(xì)胞,包括大鼠胚胎原代神經(jīng)元細(xì)胞、NIH/3T3、NG108-15、raw264.7、SSC、HepG-2、N2a、PC3、LCL、NIT1、小鼠胚胎原代干細(xì)胞以及細(xì)胞系,和原代小鼠β胰島細(xì)胞團(tuán)、人B細(xì)胞系、人淋巴細(xì)胞等等,帶給用戶非常驚喜的轉(zhuǎn)化效果。
如下圖:原代神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化效果圖
針對(duì)一些非常脆弱的組織或細(xì)胞(如成年鼠腦),需要采用恒定的電流進(jìn)行穿孔。組合脈沖的恒流轉(zhuǎn)化模式,是唯一一種可以滿足這種高端轉(zhuǎn)化要求的技術(shù)。
請(qǐng)見下圖,分別用動(dòng)態(tài)衰減脈沖模式,靜態(tài)衰減脈沖模式和脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染方法平行對(duì)小鼠胰島瘤β細(xì)胞系進(jìn)行轉(zhuǎn)染:
由上可見,針對(duì)很多細(xì)胞, 動(dòng)態(tài)衰減脈沖模式可以比靜態(tài)衰減脈沖模式提供更高的轉(zhuǎn)染效率,同時(shí)保證了細(xì)胞的存活率,為極難轉(zhuǎn)染細(xì)胞的研究開辟了新的一頁。
關(guān)于上述組合脈沖技術(shù)發(fā)明廠家的介紹:
BEX公司誕生于1990年,是日本唯一專業(yè)研發(fā),生產(chǎn)電轉(zhuǎn)化儀和細(xì)胞融合儀的廠家。1998年推出CUY21EDIT活體基因電轉(zhuǎn)化儀,開創(chuàng)了活體基因轉(zhuǎn)化的新時(shí)代,并樹立了CUY21在活體領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位,已有超過2000臺(tái)專業(yè)的CUY21系列轉(zhuǎn)化儀服務(wù)于全球科研工作者,并延續(xù)著全球領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì),發(fā)表在Nature,Cell等頂級(jí)雜志的文獻(xiàn)超過了數(shù)百篇。
2012年10月,回顧經(jīng)典,BEX再次發(fā)布具有歷程碑意義的超級(jí)多脈沖活體/細(xì)胞電轉(zhuǎn)化儀CUY21 EDIT II。除了傳統(tǒng)的活體轉(zhuǎn)化優(yōu)勢(shì),CUY21EDIT II更是在細(xì)胞轉(zhuǎn)染技術(shù)上達(dá)到了前所未有的高度。無需任何特殊試劑即可得到極高的轉(zhuǎn)染效率,尤其是極難轉(zhuǎn)的細(xì)胞系,如原代神經(jīng)元的轉(zhuǎn)染效率可達(dá)60%甚至更高。這一突破解決了長久以來原代細(xì)胞轉(zhuǎn)染存活率低、轉(zhuǎn)化效率低下,價(jià)格昂貴的問題。因此,許多受益的學(xué)者也徹底改變了他們對(duì)電轉(zhuǎn)化儀的認(rèn)識(shí)。