Small文献导读：碳纳米管大幅改良基因转移工程

背景知识：现今的细胞转移的工程普遍存在几个重要的问题：1.过程相当耗时 2.受限于运输的细胞负载量 3.低效率 4.设备昂贵 5.转移过后残留太多细胞毒性。有鉴于此，科学家致力于改善上述几项缺点。

罗切斯特大学医学中心大学（URMC）和罗彻斯特理工学院（RIT）的研究人员，近日开发一种创新的方法，可用于基因转移技术并拥有更高的工作效率，它在碳纳米管(CNT)阵列上培养细胞和遗传物质的转染，此种方式克服了固有基因转移发展的局限性。该研究成果发布在small期刊上。

他们创建了一种以CNT为基础的装置，它支持细胞生长和利用CNT作为导管，让基因得以转染再进入细胞。使用化学气相沉积(CVD)构建了数以万计两端开口的CNT，并将其以蜂窝状结构般聚集在直径13mm的薄膜，並在转染的同时，将其装置的背面放于含有核酸溶液的设备上进行。

采用这种方法，研究人员观察到98%的细胞能存活，85%能成功转染到新的基因材料。基因转移的机制仍在调查中，但研究人员推测这可能是通过一种称为「增强胞吞作用」的过程，即在细胞膜上转运蛋白质的方法。

「这个装置具有让基因转移过程拥有较强的鲁棒性和低毒性的潜力，同时又可增加进入细胞的运输负载量。」Ian Dickerson博士说，该篇文献的共同作者兼URMC的医学神经科学系副教授。

「这是一个非常简单、廉价、高效的过程，对于细胞来说又有很好的耐受性，同时也可以成功地将DNA转移到成千上万的细胞中。」Michael Schrlau博士说，该篇文献的共同作者兼RIT凯特格里森工程系的助理教授。

该装置还显示了成功培养多种细胞类型的能力，包括那些通常难以生长和存活的细胞，如：免疫细胞、干细胞和神经元等。

研究学者们正在对技术进行优化，希望能开发更廉价的设备，并最终開發新药方來治疗一系列的疾病。

这项研究还和RIT的Leslie Wright教授共同开发。本研究由以下组织联合赞助支持：综合脑研究(Integrative Brain Research)的史密特计划、美德合作关系推动生物能源和碳纳米管应用组织(American-German Partnership to Advance Biomedical and Energy Applications of Nanocarbon)、德州仪器(Texas Instruments)、费因伯格基金会(Feinberg Foundation)和魏茨曼科学研究会(Weizmann Institute of Science)。

图文导读：

图1.：碳纳米管数组装置构造示意图，在平行排列中转染多种细胞。

图2：在细胞内转染的CNT数组示意图

(a)装置制备步骤示意图。1.利用CVD在阳极氧化铝孔内进行碳沉积。 2.利用反应离子刻蚀(RIE)去除模板使得CNT末端暴露出来。

使用场发式电子显微镜拍摄CNT数组：(b)俯视图 (c)35度倾斜视角，碳管尺寸：200nm (d)CNT的断裂边缘显示嵌入的CNT与延伸通过该设备的平面。

图3：CNT阵列上的细胞增殖反应图

(a)在场发式电子显微镜下，L6细胞(蓝色部份)在CNT器件上培养48小时 (b)细胞与CNT界面的放大图，显示CNT被背侧的L6细胞薄膜吞噬(比例尺:500nm) (c)(d)HEK293细胞在CNT阵列上的增殖与培养板上的比较，分别显示在接种后的3、24、48小时后的存活细胞数和覆盖率。误差栏显示每个案例存在着20个标准差。在控制的培养板和CNT器件中，没有观察到细胞成长或细胞范围的显着差异，在(c)中的t测试结果，P值分别为0.63、0.2、0.29，(d)中则是0.95、0.55、0.63。

图4：利用碳纳米管阵列膜对细胞内转染细胞的研究

(a)在时间为零时，放大五个HEK293细胞在CNT阵列转染时的荧光图像，显示出活细胞被钙黄绿素染色，透过绿色荧光蛋白(GFP)荧光过滤器成像 (b)同样的细胞在CNT介质中以10 × 10⁻⁶M的四甲基若丹明(葡聚醣)转染，用Cy3荧光过滤器分别在时间为0、7、6分钟时成像。(比例尺：5μm) 背景荧光是因为葡聚醣透过CNT开口(无细胞阻塞的开口)扩散到生长培养基中。

原文参考地址：Nanotube “Honeycomb” Enhances Genetic Engineering

论文地址：High-Efficiency Gene Transfection of Cells through Carbon Nanotube Arrays

本文由编辑部封蕾提供素材，洪聖哲编译。