电转染是利用直流电脉冲瞬时电击细胞,以增大细胞膜通透性或使细胞膜形成小孔,从而使小分子物质,如染料、寡核苷酸、肽等物质进入细胞。
有时甚至可以转染大分子物质,如DNA、RNA蛋白质等。
电转染有效率高、费时少、成本低等特点,故被广泛采用。
但是电击过量所造成的细胞死亡或是电击不足所造成的转染失败,成为该项技术应用的一大难题。
所以我们在进行电转染实验之前,首先得对转染相关参数进行优化,以使转染效率最大化。
影响电转染效率的因素有:
1 •脉冲波形
2. 电场强度
3. 脉冲时间
4. 脉冲次数
5. 电击缓冲液
6. DNA/RNA 浓度
下面我们将详细讨论这六个因素对电转染效率的影响。
1 •脉冲波形
脉冲波形主要分为两种:1、方波脉冲;2、指数递减波脉冲。
方波脉冲:电压瞬间升至预设电压,保持电压放电,然后瞬间终止放电。
一般哺乳动物细胞电转染时选择方波脉冲,有较高的转染效率和细胞存活率。
递减。
一般这种波形的脉冲电转染适用于细菌、酵母菌、昆虫细胞
2 •电场强度
电场是电转染的重要因素,细胞在电场的作用下,膜通透性增加或是形成小孔,以完成转染过程。
因此电场强度是应该被优化的主要参数。
电场强度不能过高,过高会增加细胞的死亡率;也不能过低,过低不能增加膜的通透性或在膜上形成小孔。
因此,一个适宜的电场强度至关重要。
在优化电场强度时应该考虑3
个因素:
1)电击杯电极间距
一般而言电场强度为1-2KV/cm为佳,实验室中大多采用1.25KV/cm。
因此
如果电极距离为2mm,那么电压应该为:1.25*0.2=0.25KV=250V
2)细胞直径
一般而言,直径越小的细胞需要越高的电压,而直径越大的细胞需要越小的电压。
3)温度
大多数哺乳动物细胞可在室温下有效转染。
但是高电压、长脉冲时间或是多
次脉冲,都会使细胞温度升高,从而加大细胞死亡率,并降低转染效率。
因此在低温环境下转染,可降低细胞死亡率、提升转染效率,另外低温环境可延长孔洞开放时间,以使细胞更多地捕获外源分子,如质粒等等。
而在某些细胞转染中,低温环境会伤害细胞,降低转染效率。
面给出在2mm电极距离的电击杯中的相关转染参数:
3. 脉冲时间
脉冲时间的选定主要取决与脉冲波形。
在方波脉冲中,脉冲时间可直接设定。
在指数递减波脉冲中,脉冲时间是指电压衰减至初始电压1/3时所用的时间,等于电容(C)与电阻(R)的乘积,单位是ms。
在参数优化中,增加电压应当降低脉冲时间,而减小电压则应当增大脉冲时间。
4. 脉冲次数
一般而言,对于大多数细胞类型都选择单次脉冲。
而在有些情况下可能会用到多次脉冲,因为低电压、短脉冲时间、多次脉冲可有效避免细胞损伤。
例如,体内电转染时,电压一般设定在10-100V,脉冲时间为30-50 s。
5•电击缓冲液
大多数电击缓冲液采取高电导的电击缓冲液,如PBS HBSS标准细胞培养基、血清培养基。
有些细胞电转染推荐使用低渗缓冲液,此时应使用更低的电压。
细胞在低渗环境中易受伤害,故时间不可太长。
原核细胞需要高电阻的缓冲液,一般大于3000 Q,因此应尽量去除反应体系中的离子,以减少电弧产生从而伤害细胞。
6. DNA/RNA 浓度
一般而言,DNA浓度为5-20卩g/ml。
然而也有例外,比如有些电转染中DNA 浓度为50卩g/ml能够达到最高转染效率。
小分子量的分子转染时(siRNA/miRNA,应使用高电压、短脉冲时间。
大分子量分子转染时(DNA),应使用低电压,长脉冲时间。
如果Buffer中含有EDTA或是Tris则会降低转染效率。