阳离子聚合物转染原理

阳离子聚合物通过与核酸的磷酸骨架产生静电相互作用，形成稳定的核酸-聚合物复合物（polyplex）。这些复合物能有效吸附于细胞膜表面，并通过内吞作用进入细胞。与阳离子脂质体转染不同，这类聚合物不含疏水结构域，具备完全水溶性特性。

订购转染试剂

常用阳离子聚合物类型

基因递送中应用的阳离子聚合物包括：

  • 阳离子肽及其衍生物：聚赖氨酸（polylysine）、聚鸟氨酸（polyornithine）
  • 合成聚合物：线性/支化聚乙烯亚胺（PEI）、聚凝胺（polybrene）
  • 多糖基载体：环糊精（cyclodextrin）、壳聚糖（chitosan）
  • 天然聚合物：组蛋白（histone）、胶原蛋白（collagen）
  • 树枝状聚合物：活化与非活化树状大分子（dendrimers）

阳离子聚合物转染技术优化策略

通过偶联细胞靶向配体或核定位信号，可显著提升转染效率。高分子量聚合物虽具有更高电荷比（提升核酸结合能力），但存在不可降解性和细胞毒性问题，可通过可降解交联技术改善。

阳离子聚合物转染标准操作流程

  1. 复合物制备：在转染培养基或PBS中混合核酸与阳离子聚合物溶液

    2. 将核酸与阳离子聚合物溶液混合在转染介质或磷酸盐缓冲盐水溶液中。核酸-阳离子聚合物配合物是通过聚合物与核酸的磷酸主链之间的静电相互作用形成的。

  2. 细胞处理：将复合物加入培养细胞

    3. 细将核酸-阳离子聚合物复合物加入细胞中。这些复合物通过静电相互作用与细胞表面结合。核酸-阳离子聚合物复合物通过内吞作用被细胞吸收并释放到胞质中。

  3. 检测分析：转染后评估基因表达效率

    4. 检测细胞的瞬时基因表达。

阳离子聚合物转染技术优势与局限

优势

  • 血清稳定性强，温度敏感性低
  • 转染效率显著高于DEAE-葡聚糖法
  • 实验结果重复性高

局限

  • 存在细胞毒性风险（尤其高分子量聚合物）
  • 部分材料不可降解（如树枝状聚合物）
  • 仅适用于短期转染研究

PEI转染

PEI转染是指使用聚乙烯亚胺（PEI）作为转染试剂，将外源DNA或RNA导入到哺乳动物细胞中的一种技术。PEI是一种带正电荷的多聚阳离子，它能够与带负电荷的核酸（如DNA或RNA）结合形成复合物，这些复合物可以通过细胞膜的内吞作用进入细胞内部。

PEI转染试剂的主要特点包括：

  • 高效性：PEI转染试剂是一种高效的转染试剂，能够在多种细胞类型中实现较高的转染效率。
  • 操作简便：相对于某些其他转染方法，PEI转染的步骤相对简单，不需要复杂的设备。
  • 经济性：PEI转染试剂作为转染试剂较为廉价，因此在大规模实验中具有成本效益。

阳离子聚合物转染相关问答：

1、常用的阳离子聚合物转染试剂有哪些？

  • 聚乙烯亚胺 (Polyethylenimine, PEI): PEI转染试剂是最经典、应用最广泛。分线性（如JetPEI）和支链（如25kDa PEI）。经济高效，尤其适合悬浮细胞和大规模转染。但细胞毒性相对较高。
  • 聚-L-赖氨酸 (Poly-L-lysine, PLL): 早期使用较多，但转染效率通常低于PEI，且易被血清抑制。
  • 聚酰胺-胺树枝状聚合物 (Polyamidoamine Dendrimers, PAMAM): 如SuperFect。结构精确，转染效率较高，尤其在原代细胞中表现可能优于PEI。但合成复杂，成本较高。
  • 壳聚糖 (Chitosan): 天然多糖衍生物，生物相容性好，毒性低，适合体内应用。但转染效率通常低于合成聚合物，且溶解性和稳定性受pH影响。

2、阳离子聚合物转染适用于哪些类型的细胞？

  • 悬浮细胞： PEI是悬浮细胞（如HEK 293, CHO, Jurkat）转染的金标准，效率通常高于脂质体法，且易于放大（如用PEI Pro进行大规模瞬时转染生产蛋白）。
  • 贴壁细胞： 对许多贴壁细胞系（如HeLa, HEK293T, NIH3T3, MCF7等）效果也很好。
  • 原代细胞： 部分原代细胞（如某些神经元、巨噬细胞）可能对特定聚合物（如PAMAM树枝状聚合物）响应更好，但总体而言，原代细胞转染难度普遍较高，效率可能不如永生化细胞系。

3、 PEI转染试剂配制方法

PEI转染试剂配制方法主要包括溶解、pH调节、定容、无菌处理及储存等步骤，具体流程如下：

  • 溶解与改性：将PEI粉末（常用分子量25 kDa）按比例加入细胞培养级水（如3 g PEI溶于15 mL水），经水浴加热（35–40℃）搅拌溶解后，通入CO₂鼓泡3–5小时进行酰胺化改性，冷冻干燥研磨得到改性PEI粉末。
  • pH调节：将PEI粉末（如100 mg）溶于80 mL水，缓慢加入0.1 M氢氧化钠（少于10 mL），用pH计监测并调节至中性（pH 7.0±0.2），以降低细胞毒性。
  • 定容与无菌处理：加水定容至目标体积（如100 mL），在生物安全柜中用0.1/0.2 μm PES滤膜无菌过滤，分装至无菌容器。
  • 储存：4℃避光保存，有效期6个月，避免冷冻或反复冻融。
    使用流程：将改性PEI与质粒DNA按N/P比（通常2–70）在HBS缓冲液中混合震荡形成复合物；或直接取配制好的PEI溶液（1 mg/mL）与DNA在无血清培养基中按1 μg DNA:1.5–5 μL PEI混合，室温静置10–25分钟后加入细胞培养体系。

该方法兼顾高效性与低毒性，适用于HEK293、CHO等悬浮/贴壁细胞的转染。

（注：本技术仅限科研用途，不可用于临床诊断）

仅供科研使用，不可用于诊断目的。