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)入細胞內(nèi)部的方法。這項技術(shù)基于瞬間強大電場的作用，使細胞膜在電場中暫時變得通透，允許帶電的外源物質(zhì)以類似電泳的方式通過細胞膜。
在電轉(zhuǎn)過程中，細胞膜磷脂雙分子層的高電阻特性使得細胞外部電流場產(chǎn)生的電壓主要集中在細胞膜上，而細胞質(zhì)內(nèi)部的電壓則幾乎可以忽略不計。這種現(xiàn)象確保了電流主要作用于細胞膜，而對細胞質(zhì)內(nèi)部的干擾極小，因此細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)通過細胞膜，它們通常會在細胞膜附近停留，隨后通過細胞自身的機制被運送到細胞核等目標位置。然而，過高的電轉(zhuǎn)能量可能會導(dǎo)致部分細胞因細胞膜破壞而死亡，但存活的細胞通常不會受到電流的內(nèi)部影響，因為細胞膜的完整性是細胞存活的關(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)具有一些獨特的優(yōu)勢。首先，它是一種物理方法，因此細胞表面的分子特性對電轉(zhuǎn)效率的影響較小。其次，電轉(zhuǎn)技術(shù)可以應(yīng)用于幾乎所有的細胞種類，具有廣泛的適用性。此外，電轉(zhuǎn)技術(shù)還容易實現(xiàn)定量控制，可以根據(jù)實驗需求精確調(diào)整電轉(zhuǎn)參數(shù)。
2.電轉(zhuǎn)技術(shù)應(yīng)用
電轉(zhuǎn)技術(shù)（細胞電轉(zhuǎn)染或電穿孔）確實是一種強大的工具，它幾乎適用于所有的真核細胞，包括但不限于細胞系、原代細胞、干細胞、血液和免疫類細胞、神經(jīng)細胞、植物細胞和胚胎。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，它適用于多種實驗，如瞬時或穩(wěn)定表達蛋白質(zhì)、基因敲除與敲入、siRNA和其他分子機制研究。這使得電轉(zhuǎn)技術(shù)在多個科研領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用，包括細胞分子生物學(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，細胞膜的通透性在瞬間強大電場的作用下被改變，使得帶電的外源物質(zhì)可以類似電泳的方式進入細胞膜。由于細胞膜的磷脂雙分子層具有較大的電阻，所以細胞外部電流場產(chǎn)生的電壓主要集中在細胞膜上，而細胞質(zhì)內(nèi)部幾乎沒有電流通過，因此細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)直接進入細胞核是錯誤的
細胞核轉(zhuǎn)染并不違反物理學(xué)原理，但確實在電轉(zhuǎn)染過程中，由于細胞膜和細胞質(zhì)的電學(xué)特性，細胞核的轉(zhuǎn)染過程有其獨特的物理機制。
首先，細胞膜作為細胞的屏障，其磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)使得它近似于一個絕緣體。在電轉(zhuǎn)染過程中，當細胞處于電轉(zhuǎn)液中并施加電場時，電流在細胞附近會發(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，因此細胞兩端的電壓主要集中在細胞膜上。
由于細胞膜的電阻遠大于細胞質(zhì)，因此在電轉(zhuǎn)染時，電流主要通過細胞膜，而細胞質(zhì)內(nèi)的電流和電壓都非常小。當DNA等外源物質(zhì)在電場作用下通過細胞膜進入細胞后，它們會在細胞膜附近停留，因為細胞質(zhì)內(nèi)的電壓不足以推動它們進一步深入。
接下來，關(guān)于細胞核的轉(zhuǎn)染。由于細胞核被核膜所包圍，且核膜同樣具有一定的電阻，因此細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)無法進入細胞核。一旦它們通過細胞膜進入細胞質(zhì)，它們會依靠細胞本身的機制進行慢速擴散，最終有可能到達細胞核并被轉(zhuǎn)染。
需要注意的是，雖然電轉(zhuǎn)染過程中細胞核兩端的電壓微小，但這并不意味著電轉(zhuǎn)染對細胞核沒有影響。在某些情況下，過高的電轉(zhuǎn)能量可能會導(dǎo)致細胞核受損或功能異常。因此，在進行電轉(zhuǎn)染實驗時，需要仔細控制電場強度和持續(xù)時間等參數(shù)，以確保實驗的安全和有效。
