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基因电转移

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基因电转移（Gene electrotransfer），是一种多功能的生物技术，它可以使基因组转移并插入至原核生物或真核生物细胞内。其技术原理是建立在物理方法－电穿孔上，当对细胞外加短暂强烈的电压，可以短暂的增加其细胞膜的通透性，因此，可以在这段期间内可以将平常无法进入细胞内的大分子转移至细胞内。例如：质体DNA、SiRNA等等。

基因电转移此技术第一次被使用时为1980年代[1]，之后因为其容易应用及高效率而现在成为基因克隆的常规方法之一。它可以将外来基因转移插入至细菌[2]、酵母菌[3]、植物[4]及动物细胞[5]内，被在实验室中培养，除此之外，它也可以将基因克隆插入不同的组织中，像是肌肉[6]、皮肤[7]、肝脏[8]及肿瘤[9]细胞内。

物理原理

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基本原理为膜电位差的应用，当外加足够强度的电压于细胞时，会使反式膜电位的差异增加，而使细胞膜不稳定，此时细胞膜的通透性也增加，而使平时不能通透的分子进入细胞[10]。虽然目前基因电转移的机制尚未完全了解，但它已经证明了DNA的转染只发生在细胞膜与阴极连结时，并需要额外的其他步骤才能发生，分别为：DNA电泳至细胞、DNA插入细胞膜、细胞膜上易位进入细胞内、DNA转移至细胞核、DNA转移至细胞核内及最后的基因表现[11]。现在已发现有许多因素会影响基因电转移的效率，像是：温度、外来电压的参数、DNA的浓度、使用的电穿孔缓冲溶液的种类、细胞的大小、细胞在体内表现克隆基因的能力.[12]、基因在细胞外基质扩散的能力、目标组织的性质即目标组织的导电性。这些因素都十份的重要。[13]

Gene electrotransfer

生物技术的应用

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目前为止，在生物技术的和医药的需求上，细菌的细胞转型是最容易制造大量我们所需要的特定蛋白质。基因电转移是非常容易、快速、高效率的生物技术，因此它的方便性使之取代了其他细胞转型的过程。[14]

医药的应用

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在医药方面的应用上，此技术第一次被使用时为将通透性差的抗癌药物克隆入肿瘤中[15]，之后因为它的低价格、容易操作、和安全性，除之之外，因为在DNA克隆上病毒载体[16]也具有其限制性，像是它的免疫性和致病性，此技术的应用才开始使人们感兴趣。

在1991，有了第一次体内的基因电转移技术的应用[17]，而现今已具有许多临床的基因电转的研究。其应用方法是将多种类的治疗基因转入至细胞内，以作为某些疾病的潜在治疗，像是：免疫系统疾病、代谢疾病、基因疾病、肿瘤及心血管疾病等等。[18][19][20] 同时第一阶段的基因电转移的转移性黑色素瘤患者的临床试验已经被研究出来。[21]电穿孔所传递白细胞介素也已经进行了安全性、耐受性和疗效的监测。而研究结果指出，与pIL-12有关的基因电转移是安全且耐受性良好的。此外，在部分或完整的远端非治疗转移观察到的反映，表明系统化处理的效果。基于这些研究结果，他们已经准备要进行第二阶段的临床研究。目前基因电转移仍在进行一些临床的研究[22]，安全性、耐受性和对DNA疫苗的免疫效果，以及对于电磁脉冲给药的监测。 虽然方法不够系统化，但严格地说，他仍是最有效的非病毒基因传递策略。

参考文献

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  1. ^ Neumann E, Schaefer-Ridder M, Wang Y, Hofschneider PH (1982). Gene transfer into mouse lyoma cells by electroporation in high electric fields, EMBO J 7:841-845
  2. ^ Drury L (1996). Transformation of bacteria by electroporation, Methods Mol Biol 58: 249-256
  3. ^ Simon JR (1993). Transformation of intact yeast cells by electroporation, Methods Enzymol 217:478-483
  4. ^ Terzaghi WB, Cashmore AR (1997). Plant cell transfection by electroporation, Methods Mol Biol 62:453-462
  5. ^ Kanduser M, Miklavcic D, Pavlin M (2009). Mechanisms involved in gene electrotransfer using high- and low-voltage pulses -An in vitro study, Bioelectrochemistry 74:265-271
  6. ^ Aihara H, Miyazaki J (1998). Gene transfer into muscle by electroporation in vivo, Nat Biotechnol 16:867-870
  7. ^ Pavselj N, Preat V (2005). DNA electrotransfer into the skin using a combination of one high- and one low-voltage pulse, J Control. Release 106:407-415
  8. ^ Heller R, Jaroszeski M, Atkin A, Moradpour D, Gilbert R, Wands J, Nicolau C (1996). In vivo gene electroinjection and expression in rat liver, FEBS Lett 389:225-228
  9. ^ Cemazar M, Sersa G, Wilson J, Tozer GM, Hart SL, Grosel A, Dachs GU (2002). Effective gene transfer to solid tumors using different nonviral gene delivery techniques: Electroporation, liposomes, and integrin-targeted vector, Cancer Gene Ther 9:399-406
  10. ^ Kotnik T, Miklavcic D (2000). Analytical description of transmembrane voltage induced by electric fields on spheroidal cells, Biophys J 79:670-679
  11. ^ Satkauskas S, Bureau MF, Puc M, Mahfoudi A, Scherman D, Miklavcic D, Mir LM (2002). Mechanisms of in vivo DNA electrotransfer: respective contributions of cell electropermeabilization and DNA electrophoresis, Mol Ther 5:133-140
  12. ^ Gehl J (2003). Electroporation: theory and methods, perspectives for drug delivery, gene therapy and research, Acta Physiol Scand 177:437-447
  13. ^ Miklavcic D, Beravs K, Semrov D, Miklavcic D, Cemazar M, Demsar F, Sersa G (1998). The importance of electric field distribution for effective in vivo electroporation of tissues, Biophys J 74:2152–2158
  14. ^ Calvin NM, Hanawalt PC (1988). High-efficiency transformation of bacterial cells by electroporation, J Bacteriol 170:2796-801
  15. ^ Mir LM, Belehradek M, Domenge C, Orlowski S, Poddevin B, Belehradek J Jr, Schwaab G, Luboinski B, Paoletti C (1991). Electrochemotherapy, a new antitumor treatment: first clinical trial, CR Acad Sci III 313:613-618
  16. ^ Marshall E (1999). Gene therapy death prompts review of adenovirus vector, Science 286:2244–2245 (1999)
  17. ^ Titomirov A, Sukharev S, Kistanova E (1991). In vivo electroporation and stable transformation of skin cells of newborn mice by plasmid DNA, Biochim Biophys Acta. 1088(1):131–134
  18. ^ Heller LC, Coppola D (2002). Electrically mediated delivery of vector plasmid DNA elicits an antitumor effect, Gene Ther 9:1321-1325
  19. ^ Chuang IC, Jhao CM, Yang CH, Chang HC, Wang CW, Lu CY, Chang YJ, Lin SH, Huang PL, Yang LC (2004). Intramuscular electroporation with the proopiomelanocortin gene in rat adjuvant arthritis, Arthritis Res Ther 6:R7–R14
  20. ^ Vilquin JT, Kennel PF, Paturneau-Jouas M, Chapdelaine P, Boissel N, Delaère P, Tremblay JP, Scherman D, Fiszman MY, Schwartz K (2001). Electrotransfer of naked DNA in the skeletal muscles of animal models of muscular dystrophies, Gene Ther 8:1097-1107
  21. ^ Daud A, DeConti R, Andrews S, Urbas P, Riker A, Sondak VK, Munster PN, Sullivan DM, Ugen KE, Messina JL, Heller R (2008). Phase I trial of interleukin-12 plasmid electroporation in patients with metastatic melanoma, J Clin Oncol 26(36):5896–5903
  22. ^ 存档副本. [2021-01-20]. （原始内容存档于2011-02-23）. 
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