转染应用 | Thermo Fisher Scientific

转染（即将核酸人工递送到细胞中）是许多应用中的关键步骤，包括基因功能或基因编辑研究。此外，（体内和体外环境中的）转染技术的持续改进对推进临床研究起着关键作用。

优化转染方案是生产用于生物制药的治疗性蛋白质的关键，而脂质纳米颗粒技术的进步经证明是疫苗研究的重点。此外细胞和基因治疗研究一直依靠高效、安全的转染技术来持续研发各种疾病的治疗方法。

了解转染在以下领域的作用：

基因修饰，包括：
- 用于基因编辑的 CRISPR-Cas9 递送
- 用于瞬时转染的 mRNA 递送
- 用于基因有效敲低的 RNAi 递送
蛋白表达和生产
病毒载体递送
细胞和基因治疗，包括免疫疗法

基因修饰递送

无论是基因编辑还是基因表达调控，转染都是基因修饰应用的重要步骤。

基因组编辑

CRISPR-Cas9 试剂的快速转染是基因编辑实验成功的关键，而基因编辑实验已经引领了多个临床研究突破。这些突破包括恢复造血干细胞/祖细胞 (HSPC) 中的胎儿血红蛋白表达，作为治疗 β 地中海贫血患者的潜在治疗方法 [1]; 还包括利用免疫细胞（如 T 细胞）工程靶向癌症患者的肿瘤细胞 [2]。转染不同形式的 Cas9 和 gRNA ，每种形式在使用上都有各自的优点和缺点。

A workflow diagram using icons to illustrate transfection in CRISPR-Cas9, including selection of Cas9 nuclease and CRISPR gRNA, transfection of CRISPR-Cas9 molecules into cells, verification of the genome edit, and analysis and expansion of cells containing the edit.

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图 1.样品 CRISPR-Cas9 工作流程。靶向特定基因的 gRNA 分子与 Cas9核酸酶一起被转染到细胞中。基因裂解得以验证，然后可以对编辑的细胞进行分析和扩增。

了解用于基因组编辑的 CRISPR-Cas9 转染

使用 mRNA 或质粒进行基因表达

一项极为常见的转染应用是将核酸递送到细胞中以表达特定基因。转染的质粒 DNA 或 RNA 支持重组蛋白的生产，包括具有可检测标记物或其他修饰的蛋白。mRNA 转染也已成为一种疫苗研究的常见应用。值得注意的是，质粒 DNA 必须在蛋白表达之前进入细胞核，而直接转染 mRNA 可以跳过进入细胞核的步骤，这使 mRNA 转染成为更简单的选项。

Two workflow diagrams using icons to illustrate the steps of transfection for gene expression applications using 1-plasmid or 2-mRNA

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图2.基因表达工作流程。编码目标基因的质粒 DNA 或 mRNA 可以转染到细胞中，以促进特定蛋白的表达。

了解 mRNA 转染
 了解 DNA 质粒转染

使用 siRNA、miRNA 或 shRNA 进行基因抑制

RNAi 已经成为基因功能研究的关键，可以准确有效地敲低基因，以更好地了解其细胞作用。RNAi 分子包括 siRNA、miRNA 和 shRNA，这些分子都可以被设计成与靶 mRNA 分子相结合，防止特定基因的翻译和表达。RNAi 也用于基因治疗研究，方便临床目的基因的表达操作。

Workflow diagram using icons to illustrate gene inhibition in a cell using siRNA, including 1-selection of the RNAi molecule, 2-transfection of the siRNA into the cell, and 3-subsequent knockdown of gene expression via inhibition of mRNA translation

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图 3.基因抑制工作流程。 设计用于抑制靶基因表达的 RNAi 分子被转染到宿主细胞中，从而抑制 mRNA 的翻译。

了解有关 RNAi 和非编码 RNA 研究的更多信息
 了解有关 RNAi 策略选择的更多信息

稳定转染

通过将外源 DNA 整合到宿主基因组中，稳定转染使转染 DNA 能够在细胞中持续存在和表达。随后可以使用抗生素选择含有这种 DNA 的细胞，从而建立稳定的细胞系。虽然这种应用更费力，但可以在细胞系中进行持续表达而无需进行重复转染，因此可以用于许多研究领域，包括长期基因调节研究、大规模蛋白质生产和基因治疗。

Workflow diagram using icons to illustrate the steps of stable transfection, including plasmid construction and purification, transfection, incorporation of plasmid DNA into the host genome, selection of cells using antibiotic, and expansion of the cells to generate a stable cell line.

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图4.稳定转染工作流程。 将转染的 DNA 整合到宿主细胞基因组中，使细胞进行选择和扩增，产生稳定的细胞系。

了解稳定转染

瞬时转染

在瞬时转染过程中，递送到细胞中的核酸的存在和表达时间有限。这种极为常见的应用用于需要对细胞进行临时修饰的研究，包括 mRNA 转染、多质粒转染、RNAi 研究和特定基因编辑实验。与涉及稳定表达的技术相比，瞬时表达的实现更简单、更省力。

Workflow diagram using icons to illustrate the steps of transient transfection with mRNA: 1-acquisition of the mRNA corresponding to the gene of interest, 2-transfecting the mRNA into cell, 3-temporary expression of the gene product, 4- diminishing expression.

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图 5.样品瞬时转染工作流程。 转染的核酸不会整合到宿主基因组中，因此在细胞中停留的时间有限。

了解瞬时转染

共转染

共转染涉及同时递送两种不同的核酸。这类转染用于各种实验应用，例如将标记物或筛选基因与另一种核酸一起转染，或将多个质粒转染到包装细胞中进行病毒生产。此外，这种应用可以用于转染单独的 Cas9 核酸酶和 CRISPR gRNA 载体。

Workflow diagram using icons to illustrate the steps of co-transfection with a plasmid containing a marker gene and siRNA.

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图 6.共转染工作流程。 将两种核酸（例如，表达 GFP 和 siRNA 等标记基因的质粒）同时转染到宿主细胞中。

了解共转染

体内转染

体内转染可以将 DNA 或 RNA 直接递送到活体动物中，以修饰靶组织中的基因表达。这种转染应用已经成为许多重要的临床研究的关键组成部分，包括用于疫苗和癌症研究的体内 mRNA 转染。

在体内和体外应用中，使用脂质纳米颗粒 (LNP) 递送 mRNA 和其他核酸也迅速成为一种有效率的转染手段。LNP 用于临床研究，而且经证明其对疫苗（包括新冠病毒疫苗）的开发尤为重要。还可以对 LNP 进行修饰，用于器官特异性递送，这使其在靶向体内治疗的开发中具有相当高的价值，并且被认为比传统的基于阳离子脂质体的方法更先进，毒性更小 [3]。

Workflow diagrams using icons to illustrate the steps of in vivo transfection in a mouse using 1-siRNA for knockdown or 2-mRNA for gene expression

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图7.体内转染工作流程。 利用专门的试剂和技术，将核酸分子直接递送到活生物体中。

了解体内递送

蛋白表达转染

蛋白质表达研究对于实验室中蛋白质结构和功能的分析至关重要。此外，蛋白表达的快速转染是生物制药或生物技术环境中大规模蛋白生产的关键。还可以对蛋白质进行修饰，以提高稳定性或进行纯化和检测标记。为确保成功，编码重组蛋白的基因转染必须以有效率、低毒的方式进行。

Workflow diagram using icons to illustrate the steps involved in expressing proteins in cells: plasmid creation, transfection, protein expression, and protein purification

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图8.蛋白表达工作流程。 编码目标蛋白的质粒被转染到细胞中，随后进行分离，用于进一步研究和使用。

了解转染和蛋白表达

病毒载体递送

病毒载体递送可用于瞬时转染和稳定转染，适用于多种细胞类型。病毒载体的快速转染及其持续基因表达因素也使其成为细胞和基因治疗研究的一个有吸引力的方案。

Workflow diagram using icons to illustrate the steps involved in delivery of viral vectors, including the production of engineered viruses in packaging cells, viral transfection of target cells, and viral-induced gene expression

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图9.病毒载体递送工作流程。 将用于编码目标基因的病毒转染到能够表达该基因的细胞中。

了解病毒载体递送

用于细胞和基因治疗的转染

细胞和基因治疗是一个不断发展和快速进化的临床研究领域，依赖于稳当有效的转染技术来调控细胞和基因。慢病毒 (LV) 和腺相关病毒 (AAV) 载体递送是细胞治疗中进行转染的两种成熟和常见的方法。此外，临床环境中也使用电转染等其他方法（参见CTS Xenon 电转染系统）。基因治疗可以纠正有缺陷的基因或在某些疾病患者中表达重要蛋白，因此成为提供持久治疗的高价值手段。

了解细胞和基因治疗