電轉(zhuǎn)基本原理及技術(shù)應(yīng)用介紹

1.電轉(zhuǎn)技術(shù)原理

細(xì)胞電轉(zhuǎn)染（電轉(zhuǎn)或電穿孔）技術(shù)是一種將外源大分子物質(zhì)如DNA、RNA、siRNA、蛋白質(zhì)等，以及一些小分子有效地導(dǎo)入細(xì)胞內(nèi)部的方法。這項(xiàng)技術(shù)基于瞬間強(qiáng)大電場(chǎng)的作用，使細(xì)胞膜在電場(chǎng)中暫時(shí)變得通透，允許帶電的外源物質(zhì)以類似電泳的方式通過細(xì)胞膜。

在電轉(zhuǎn)過程中，細(xì)胞膜磷脂雙分子層的高電阻特性使得細(xì)胞外部電流場(chǎng)產(chǎn)生的電壓主要集中在細(xì)胞膜上，而細(xì)胞質(zhì)內(nèi)部的電壓則幾乎可以忽略不計(jì)。這種現(xiàn)象確保了電流主要作用于細(xì)胞膜，而對(duì)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)部的干擾極小，因此細(xì)胞毒性在正常操作范圍內(nèi)保持較低水平。

一旦外源物質(zhì)通過細(xì)胞膜，它們通常會(huì)在細(xì)胞膜附近停留，隨后通過細(xì)胞自身的機(jī)制被運(yùn)送到細(xì)胞核等目標(biāo)位置。然而，過高的電轉(zhuǎn)能量可能會(huì)導(dǎo)致部分細(xì)胞因細(xì)胞膜破壞而死亡，但存活的細(xì)胞通常不會(huì)受到電流的內(nèi)部影響，因?yàn)榧?xì)胞膜的完整性是細(xì)胞存活的關(guān)鍵。

相比化學(xué)轉(zhuǎn)染和病毒載體轉(zhuǎn)染等方法，電轉(zhuǎn)技術(shù)具有一些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。首先，它是一種物理方法，因此細(xì)胞表面的分子特性對(duì)電轉(zhuǎn)效率的影響較小。其次，電轉(zhuǎn)技術(shù)可以應(yīng)用于幾乎所有的細(xì)胞種類，具有廣泛的適用性。此外，電轉(zhuǎn)技術(shù)還容易實(shí)現(xiàn)定量控制，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求精確調(diào)整電轉(zhuǎn)參數(shù)。

2.電轉(zhuǎn)技術(shù)應(yīng)用

電轉(zhuǎn)技術(shù)（細(xì)胞電轉(zhuǎn)染或電穿孔）確實(shí)是一種強(qiáng)大的工具，它幾乎適用于所有的真核細(xì)胞，包括但不限于細(xì)胞系、原代細(xì)胞、干細(xì)胞、血液和免疫類細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、植物細(xì)胞和胚胎。通過電轉(zhuǎn)技術(shù)，研究人員可以有效地將DNA、RNA、siRNA、蛋白質(zhì)等外源物質(zhì)導(dǎo)入到這些細(xì)胞內(nèi)。

電轉(zhuǎn)技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛，它適用于多種實(shí)驗(yàn)，如瞬時(shí)或穩(wěn)定表達(dá)蛋白質(zhì)、基因敲除與敲入、siRNA和其他分子機(jī)制研究。這使得電轉(zhuǎn)技術(shù)在多個(gè)科研領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用，包括細(xì)胞分子生物學(xué)、免疫學(xué)、血液學(xué)、神經(jīng)學(xué)、癌癥研究以及新藥開發(fā)等。

在電轉(zhuǎn)過程中，細(xì)胞膜的通透性在瞬間強(qiáng)大電場(chǎng)的作用下被改變，使得帶電的外源物質(zhì)可以類似電泳的方式進(jìn)入細(xì)胞膜。由于細(xì)胞膜的磷脂雙分子層具有較大的電阻，所以細(xì)胞外部電流場(chǎng)產(chǎn)生的電壓主要集中在細(xì)胞膜上，而細(xì)胞質(zhì)內(nèi)部幾乎沒有電流通過，因此細(xì)胞毒性在正常操作范圍內(nèi)保持較低水平。

3.為什么電轉(zhuǎn)直接進(jìn)入細(xì)胞核是錯(cuò)誤的

細(xì)胞核轉(zhuǎn)染并不違反物理學(xué)原理，但確實(shí)在電轉(zhuǎn)染過程中，由于細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)的電學(xué)特性，細(xì)胞核的轉(zhuǎn)染過程有其獨(dú)特的物理機(jī)制。

首先，細(xì)胞膜作為細(xì)胞的屏障，其磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)使得它近似于一個(gè)絕緣體。在電轉(zhuǎn)染過程中，當(dāng)細(xì)胞處于電轉(zhuǎn)液中并施加電場(chǎng)時(shí)，電流在細(xì)胞附近會(huì)發(fā)生扭曲。在串聯(lián)電路中，電阻越大的部分分到的電壓也越大，因此細(xì)胞兩端的電壓主要集中在細(xì)胞膜上。

由于細(xì)胞膜的電阻遠(yuǎn)大于細(xì)胞質(zhì)，因此在電轉(zhuǎn)染時(shí)，電流主要通過細(xì)胞膜，而細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的電流和電壓都非常小。當(dāng)DNA等外源物質(zhì)在電場(chǎng)作用下通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞后，它們會(huì)在細(xì)胞膜附近停留，因?yàn)榧?xì)胞質(zhì)內(nèi)的電壓不足以推動(dòng)它們進(jìn)一步深入。

接下來，關(guān)于細(xì)胞核的轉(zhuǎn)染。由于細(xì)胞核被核膜所包圍，且核膜同樣具有一定的電阻，因此細(xì)胞核兩端的電壓也非常微小。這些微小的電壓主要落在核膜上，而核內(nèi)部幾乎沒有電壓。然而，這并不意味著DNA等外源物質(zhì)無法進(jìn)入細(xì)胞核。一旦它們通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，它們會(huì)依靠細(xì)胞本身的機(jī)制進(jìn)行慢速擴(kuò)散，最終有可能到達(dá)細(xì)胞核并被轉(zhuǎn)染。

需要注意的是，雖然電轉(zhuǎn)染過程中細(xì)胞核兩端的電壓微小，但這并不意味著電轉(zhuǎn)染對(duì)細(xì)胞核沒有影響。在某些情況下，過高的電轉(zhuǎn)能量可能會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞核受損或功能異常。因此，在進(jìn)行電轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要仔細(xì)控制電場(chǎng)強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間等參數(shù)，以確保實(shí)驗(yàn)的安全和有效。