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初步探究電轉法用于modRNA細胞轉染

閱讀:187      發(fā)布時間:2025-1-4
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摘要

本文旨在探討電轉法(電穿孔法)在修飾的信使核糖核酸(modRNA)細胞轉染中的應用效果及相關特性。通過優(yōu)化電轉參數(shù),實現(xiàn)了在HEK293和HeLa細胞系中高效的modRNA轉染,并評估了轉染效率、細胞活力及基因表達水平。本研究為modRNA在基因功能研究、細胞治療等領域的進一步應用提供了實驗基礎。

引言

在現(xiàn)代分子生物學與細胞生物學研究領域,將外源核酸分子高效地導入細胞內是一項極為關鍵的技術手段。其中,modRNA修飾技術的出現(xiàn)為基因表達調控、疾病治療等多方面研究開辟了新的途徑。而實現(xiàn)modRNA在細胞內的有效轉染則成為發(fā)揮其功能的首要步驟。傳統(tǒng)的細胞轉染方法包括脂質體轉染、磷酸鈣沉淀法等,但這些方法存在轉染效率低、細胞毒性大等缺點。電轉法作為一種廣泛應用的細胞轉染技術,具有更好的優(yōu)勢,本文旨在初步探索其在modRNA細胞轉染中的應用效果及相關特性。

構建電轉法轉化體系的意義

電轉法基于電場作用使細胞膜通透性瞬間改變,從而促使外源物質進入細胞。相較于傳統(tǒng)方法,電轉法具有適用細胞范圍廣、轉染效率較高等優(yōu)點,在DNA轉染等方面已有諸多成功應用案例。然而,將電轉法應用于modRNA轉染仍需要深入探究其轉染參數(shù)、對細胞生理狀態(tài)的影響等多方面因素,以便為modRNA在基因功能研究、細胞治療等領域的進一步應用奠定基礎。

材料與方法

1. 細胞培養(yǎng)

本研究選用了常見的細胞系,如HEK293細胞與HeLa細胞。HEK293細胞培養(yǎng)于含10%胎牛血清(FBS)、1%青霉素-鏈霉素的DMEM高糖培養(yǎng)基中,在37°C、5% CO?的細胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。HeLa細胞則采用含15%FBS、1%谷氨酰胺的RPMI-1640培養(yǎng)基,同樣在37°C、5% CO?條件下培養(yǎng)。細胞培養(yǎng)至對數(shù)生長期后用于后續(xù)實驗。

2. modRNA合成

采用體外轉錄合成的方法制備modRNA。首先,根據(jù)目標基因序列設計并合成相應的DNA模板,在轉錄反應體系中加入T7 RNA聚合酶、NTP混合物以及修飾核苷酸等成分,在適宜的溫度與緩沖條件下進行轉錄反應。反應結束后,利用無RNase的DNase I去除DNA模板,然后通過RNA純化試劑盒對轉錄產(chǎn)物進行純化,獲得高純度的modRNA。經(jīng)紫外分光光度計測定其濃度與純度,確保用于轉染實驗的modRNA質量符合要求。

3. 電轉參數(shù)設置與操作

選用威尼德電轉儀,設置多組電轉參數(shù)進行實驗。包括不同的電壓強度(如100V-300V)、脈沖時間(如5ms-20ms)以及脈沖次數(shù)(1-3次)等組合。將處于對數(shù)生長期的細胞收集,用預冷的電轉緩沖液重懸,調整細胞密度至合適濃度。將適量的modRNA與細胞懸液混合后加入電轉杯,按照設定的電轉參數(shù)進行電擊操作。電擊后,立即將細胞轉移至預熱的完整培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng),在不同時間點(如24小時、48小時、72小時)收集細胞進行后續(xù)檢測。

實驗結果

1. 轉染效率檢測

采用熒光素酶報告基因系統(tǒng)檢測modRNA的轉染效率。在modRNA轉錄過程中,將熒光素酶基因序列整合其中。通過檢測細胞內熒光素酶的活性來反映modRNA的轉染效率。在轉染后的不同時間點,收集細胞,裂解后加入熒光素酶底物,利用酶標儀測定發(fā)光強度,與標準曲線對比計算出相對熒光素酶活性,從而確定轉染效率。

在HEK293細胞的電轉實驗中發(fā)現(xiàn),電壓強度、脈沖時間和脈沖次數(shù)等電轉參數(shù)對modRNA轉染效率有著顯著影響。當電壓為200V、脈沖時間為10ms、脈沖次數(shù)為2次時,在轉染后48小時檢測到相對較高的熒光素酶活性,表明此時的轉染效率較高。而在較低電壓(如100V)或過高電壓(如300V)時,轉染效率均明顯下降。類似地,脈沖時間過長或過短以及脈沖次數(shù)不適宜都會導致轉染效率降低。在HeLa細胞中也呈現(xiàn)出相似的規(guī)律,但最佳電轉參數(shù)略有不同,為電壓250V、脈沖時間15ms、脈沖次數(shù)2次。

2. 細胞活力檢測

運用CCK-8法測定細胞活力。在電轉后不同時間,向細胞培養(yǎng)孔中加入CCK-8試劑,在細胞培養(yǎng)箱中孵育一定時間后,利用酶標儀測定450nm處的吸光度值。根據(jù)吸光度值的變化評估電轉過程對細胞活力的影響,以未電轉的細胞作為對照,計算細胞活力百分比。

CCK-8法檢測結果顯示,電轉過程在一定程度上會影響細胞活力。與未電轉的對照組相比,在電轉后24小時,細胞活力有較為明顯的下降,尤其是在較高電壓或較長脈沖時間的電轉條件下。但隨著時間推移,細胞活力逐漸恢復,到72小時時,部分電轉組細胞活力已接近對照組水平。這表明細胞對電轉操作具有一定的自我修復能力,但過度的電場刺激仍會對細胞造成較為嚴重的損傷。

3. 基因表達水平檢測

利用實時定量PCR(qRT-PCR)技術檢測轉染細胞內目標基因的表達水平。提取電轉后細胞的總RNA,反轉錄為cDNA,然后以特異性引物進行qRT-PCR擴增反應。通過與內參基因(如GAPDH)的表達量對比,計算目標基因的相對表達量,分析modRNA轉染后在細胞內的基因表達調控效果。

qRT-PCR檢測結果表明,成功轉染modRNA后,細胞內目標基因的表達水平顯著升高。在最佳電轉參數(shù)條件下,轉染后24小時即可檢測到目標基因表達量的明顯增加,并且在48小時-72小時內維持在較高水平。這說明通過電轉法導入的modRNA能夠在細胞內有效地進行翻譯表達,發(fā)揮其基因調控功能。

討論

1. 電轉法用于modRNA細胞轉染的可行性

本研究初步探索了電轉法在modRNA細胞轉染中的應用,結果顯示電轉法在合適的參數(shù)條件下能夠實現(xiàn)較高的modRNA轉染效率,并且能夠有效調控細胞內基因表達。這表明電轉法是一種可行的modRNA轉染方法,為modRNA在基因功能研究、細胞治療等領域的進一步應用提供了實驗基礎。

2. 電轉參數(shù)的優(yōu)化

電轉參數(shù)對modRNA轉染效率具有顯著影響。本研究通過篩選不同電壓強度、脈沖時間和脈沖次數(shù)等組合,找到了在HEK293和HeLa細胞系中轉染modRNA的最佳電轉參數(shù)。然而,不同細胞系的最佳電轉參數(shù)存在差異,這提示我們在實際應用中需要根據(jù)細胞類型進行電轉參數(shù)的優(yōu)化。未來研究可以開發(fā)智能化的電轉設備,能夠根據(jù)細胞類型自動調整電轉參數(shù),提高轉染效率并減少對細胞的損害。

3. 電轉法對細胞生理狀態(tài)的影響

電轉過程在一定程度上會影響細胞活力,但細胞具有自我修復能力。本研究發(fā)現(xiàn),在較高電壓或較長脈沖時間的電轉條件下,細胞活力明顯下降,但隨著時間推移,細胞活力逐漸恢復。這表明在合適的電轉參數(shù)下,電轉法對細胞的損傷是可控的。未來研究可以進一步探究減輕細胞損傷的方法,如優(yōu)化電轉緩沖液成分等。

4. 研究的創(chuàng)新與應用前景

本研究創(chuàng)新地將電轉法應用于modRNA細胞轉染,并通過優(yōu)化電轉參數(shù)實現(xiàn)了高效的轉染效率。這為modRNA在基因治療、細胞工程等領域的廣泛應用提供了新的技術手段。未來研究可以結合其他新興技術,如納米技術,探索新的modRNA轉染策略,以克服電轉法當前存在的不足,推動modRNA技術的進一步發(fā)展。

結論

本研究初步探索了電轉法在modRNA細胞轉染中的應用,結果顯示電轉法在合適的參數(shù)條件下能夠實現(xiàn)較高的modRNA轉染效率,并且能夠有效調控細胞內基因表達。然而,電轉法也存在一些局限性,如細胞活力的影響和電轉參數(shù)的優(yōu)化等。未來研究可以從減輕細胞損傷、優(yōu)化電轉參數(shù)和開發(fā)智能化電轉設備等方面展開,以推動modRNA技術在基因治療、細胞工程等領域的廣泛應用。

本研究為modRNA的細胞轉染提供了新的技術手段,為modRNA在基因功能研究、疾病治療等方面的進一步應用奠定了實驗基礎。隨著技術的不斷進步和創(chuàng)新,電轉法在modRNA細胞轉染中的應用前景將更加廣闊。


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