基因轉(zhuǎn)染是細(xì)胞與分子生物學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的實(shí)驗(yàn)手段,借助
Invitrogen轉(zhuǎn)染試劑將核酸物質(zhì)送入細(xì)胞內(nèi)部,實(shí)現(xiàn)外源基因的瞬時(shí)或者穩(wěn)定表達(dá)。很多實(shí)驗(yàn)人員在開(kāi)展轉(zhuǎn)染工作時(shí),常會(huì)遭遇表達(dá)水平不穩(wěn)定、組間數(shù)據(jù)難以重復(fù)等現(xiàn)象,這類現(xiàn)象并非單一因素造成,需要從細(xì)胞狀態(tài)、核酸品質(zhì)、復(fù)合物構(gòu)建條件、培養(yǎng)環(huán)境四個(gè)維度系統(tǒng)梳理變量。
細(xì)胞本身的生理狀態(tài)是決定轉(zhuǎn)染結(jié)果的第一層變量。傳代次數(shù)會(huì)持續(xù)改變細(xì)胞的生理特性,長(zhǎng)期連續(xù)傳代之后,細(xì)胞增殖速率、細(xì)胞膜表面電荷特性都會(huì)發(fā)生改變,對(duì)轉(zhuǎn)染復(fù)合物的攝取能力隨之變化。處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)胞代謝活躍,細(xì)胞膜內(nèi)吞作用更強(qiáng),更適合開(kāi)展轉(zhuǎn)染操作。細(xì)胞融合密度同樣不可忽視,密度偏低時(shí)細(xì)胞耐受外界刺激的能力較弱,容易出現(xiàn)明顯損傷;密度過(guò)高會(huì)造成細(xì)胞接觸抑制,增殖活動(dòng)放緩,核酸進(jìn)入細(xì)胞核的概率下降。不同來(lái)源的細(xì)胞譜系差異顯著,永生細(xì)胞系相比原代細(xì)胞更容易完成轉(zhuǎn)染,分化成熟、分裂活動(dòng)微弱的細(xì)胞,很難依靠化學(xué)轉(zhuǎn)染方式實(shí)現(xiàn)核酸遞送,針對(duì)這類細(xì)胞,需要調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案,或是更換核酸類型開(kāi)展嘗試。
核酸原料的品質(zhì)容易被忽視,卻會(huì)持續(xù)干擾最終表達(dá)結(jié)果。用于轉(zhuǎn)染的質(zhì)粒、mRNA或是siRNA,都需要控制雜質(zhì)水平。核酸提取過(guò)程殘留的蛋白、有機(jī)溶劑、內(nèi)毒素,會(huì)誘發(fā)細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng),一方面提升細(xì)胞損傷概率,另一方面阻礙核酸進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部。核酸降解同樣會(huì)降低有效遞送量,反復(fù)凍融、長(zhǎng)時(shí)間室溫放置,都會(huì)造成核酸鏈斷裂,失去原有生物學(xué)功能。核酸用量也存在合理區(qū)間,投入量不足,能夠進(jìn)入細(xì)胞的目標(biāo)分子有限;投入過(guò)量,則會(huì)增加體系滲透壓壓力,加劇細(xì)胞毒性,抑制蛋白表達(dá)。
Invitrogen轉(zhuǎn)染試劑與核酸形成復(fù)合物的過(guò)程,包含多項(xiàng)可優(yōu)化的變量。二者混合比例直接影響復(fù)合物表面電荷,電荷失衡會(huì)造成復(fù)合物聚集沉淀,無(wú)法有效附著在細(xì)胞膜表面。稀釋介質(zhì)的選擇需要保持統(tǒng)一,不少實(shí)驗(yàn)方案要求使用無(wú)血清培養(yǎng)基配制復(fù)合物,血清內(nèi)的蛋白成分能夠結(jié)合復(fù)合物,破壞結(jié)構(gòu)完整性。復(fù)合物孵育時(shí)長(zhǎng)需要根據(jù)體系微調(diào),時(shí)間不足,復(fù)合物成型不充分;孵育過(guò)久,復(fù)合物容易發(fā)生聚集,粒徑持續(xù)增大,難以被細(xì)胞攝取。
細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境會(huì)持續(xù)影響轉(zhuǎn)染后細(xì)胞存活與基因表達(dá)。部分實(shí)驗(yàn)習(xí)慣在轉(zhuǎn)染全程使用無(wú)血清培養(yǎng)基,長(zhǎng)時(shí)間缺血清培養(yǎng)會(huì)改變細(xì)胞代謝狀態(tài);也有方案在復(fù)合物加入數(shù)小時(shí)后更換新鮮培養(yǎng)基,減少試劑持續(xù)接觸帶來(lái)的刺激。培養(yǎng)箱內(nèi)溫度、二氧化碳濃度、濕度出現(xiàn)波動(dòng),同樣會(huì)造成實(shí)驗(yàn)偏差。轉(zhuǎn)染完成后的檢測(cè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)也需要標(biāo)準(zhǔn)化,瞬時(shí)轉(zhuǎn)染的表達(dá)信號(hào)會(huì)隨時(shí)間呈現(xiàn)先上升后下降的變化,各組樣本如果檢測(cè)時(shí)間不一致,數(shù)據(jù)對(duì)比會(huì)失去參考意義。
想要穩(wěn)定轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)結(jié)果,應(yīng)當(dāng)建立標(biāo)準(zhǔn)化的變量?jī)?yōu)化流程。優(yōu)先固定細(xì)胞傳代周期、鋪板密度,保證每一批次細(xì)胞生理狀態(tài)保持一致;統(tǒng)一核酸提取純化流程,避免雜質(zhì)持續(xù)干擾;設(shè)置梯度配比摸索試劑與核酸的合適比例,固定復(fù)合物稀釋液、孵育時(shí)長(zhǎng);統(tǒng)一培養(yǎng)基更換時(shí)間與后續(xù)檢測(cè)窗口。通過(guò)逐項(xiàng)控制變量,逐步排除干擾因素,提升實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可重復(fù)性。