[发明专利]细胞电转染装置及其应用

说明书

本发明属于细胞转染技术领域，具体涉及一种细胞电转染装置及其应用。所述细胞电转染装置，至少包括一个电转染控制电路、两个电极以及一个电转染容器，两个电极与电转染控制电路中的电源连接，其中一个电极作为正电极，另外一个电极作为负电极，两个电极设于所述电转染容器内，所述两个电极中的一个或两个电极的表面具有纳米线结构。本发明的细胞电转染装置，能够用于多种细胞的转染，而且细胞存活率高，转染效果良好，具备很高的应用价值。

技术领域

本发明属于细胞转染技术领域，具体涉及一种细胞电转染装置及其应用。

背景技术

细胞转染是将外源性的DNA、RNA、蛋白、多肽、小分子化合物等导入细胞的一种专门技术，可应用于真核细胞、细菌。随着分子生物学和细胞生物学研究的不断发展，转染已经成为研究和控制细胞基因功能的常规工具。在研究基因功能、调控基因表达、突变分析和蛋白质生产等生物学试验中，其应用越来越广泛。

以嵌合抗原受体(CAR)为基础的细胞免疫目前成为治疗恶性肿瘤的新兴形式。CAR修饰T细胞是将识别肿瘤相关抗原的单链抗体和T细胞的活化基序结合为一体，即将抗体对肿瘤抗原的高亲和性与T淋巴细胞的杀伤机制相结合，通过基因转导方法转染T细胞，使其具有特异性识别并杀伤肿瘤细胞的能力。

CAR-T免疫疗法是从患者血液中分离出T细胞，然后对其进行基因改造后，使T细胞表面表达嵌合抗原受体。在实验室对这些T细胞进行扩增后回输到患者体内，利用这些T细胞对肿瘤细胞进行精确的免疫攻击。

因此，CAR修饰的免疫细胞需要高效、安全的基因转导方法。目前临床上用来携带CAR的载体主要来源于逆转录病毒和慢病毒。其中逆转录病毒的应用较为成熟，通过病毒中膜糖蛋白和宿主细胞表面的受体相互作用而进入宿主细胞，之后反转录酶启动合成DNA并随机整合到宿主基因组中，能够稳定转染特定宿主细胞。但该方法只能转染分裂期的细胞，并存在一定的安全隐患：第一：由于转录病毒载体存在随机插入整合的问题，会对患者自体细胞造成不可逆的遗传操作，有产生癌变的潜在风险；第二：目前CAR-T细胞一般是用反转录或者慢病毒转染的外周血T淋巴细胞，在体外筛选并扩增出稳定表达细胞。当治疗完成或者出现副作用时如何清除掉这些转基因T细胞成为一个后患问题；第三：病毒载体转基因技术在操作上繁琐，会导致产生质量管理与控制的不利因素问题。安全问题成为病毒载体转基因的固有缺陷。

非病毒载体转基因方法常见的有脂质体转染法和电转染法。脂质体转染法受转染效率所限，目前不适合于临床应用。

电转染则是通过外加电场作用在细胞膜上瞬时形成可以让核酸通过的微孔，并使核酸在电场作用下主动进入细胞。目前广泛应用的商品化电穿孔仪器，多采用平行的铝质电极，需要高达200V以上的电压及转染试剂盒辅助，高电压作用下会产生较强的热效应和电化学效应，金属电极在电化学反应中产生金属阳离子对细胞产生毒性，并且细胞受到的电场作用的不均匀性等因素导致细胞的死亡率较高，转染效果不均一。

Bio-Rad公司的Gene Pulser MXcell电转仪输出波形为指数波或方波，多数细胞的转染电压为200-400V，并需要使用配套的电穿孔缓冲液。

Life technology公司的Neon电转仪输出波形仅为方波，输出电压500-2500V，多数细胞的转染电压大于1000V，并需要根据细胞类型的不同使用相应的电转缓冲液。

近年来，纳米材料电极也被应用到胞内药物输送。PEI修饰的硅纳米阵列材料被用来转染哺乳动物细胞，但仅仅依靠纳米线对细胞膜的穿透作用，转染效率比较低。

将纳米材料用作电转染的电极，在外加电场力的作用下，能够产生较高的转染效率。纳米材料电极与普通电极相比，其特殊的电极表面微观结构能够使局部场强增加3～4个数量级，从而使外加电压大大降低，另外其纳米尺度能够更好地和细胞相互作用，能够克服传统电转染技术高电压和细胞存活率低的局限性，因而具有很大的应用价值。