Small文獻導讀：碳納米管大幅改良基因轉移工程

?背景知識：現今的細胞轉移的工程普遍存在幾個重要的問題：1.過程相當耗時 2.受限于運輸的細胞負載量 3.低效率 4.設備昂貴 5.轉移過后殘留太多細胞毒性。有鑒于此，科學家致力于改善上述幾項缺點。

羅切斯特大學醫學中心大學（URMC）和羅徹斯特理工學院（RIT）的研究人員，近日開發一種創新的方法，可用于基因轉移技術并擁有更高的工作效率，它在碳納米管(CNT)陣列上培養細胞和遺傳物質的轉染，此種方式克服了固有基因轉移發展的局限性。該研究成果發布在small期刊上。

他們創建了一種以CNT為基礎的裝置，它支持細胞生長和利用CNT作為導管，讓基因得以轉染再進入細胞。使用化學氣相沉積(CVD)構建了數以萬計兩端開口的CNT，并將其以蜂窩狀結構般聚集在直徑13mm的薄膜，並在轉染的同時，將其裝置的背面放于含有核酸溶液的設備上進行。

采用這種方法，研究人員觀察到98%的細胞能存活，85%能成功轉染到新的基因材料。基因轉移的機制仍在調查中，但研究人員推測這可能是通過一種稱為「增強胞吞作用」的過程，即在細胞膜上轉運蛋白質的方法。

「這個裝置具有讓基因轉移過程擁有較強的魯棒性和低毒性的潛力，同時又可增加進入細胞的運輸負載量。」Ian Dickerson博士說，該篇文獻的共同作者兼URMC的醫學神經科學系副教授。

「這是一個非常簡單、廉價、高效的過程，對于細胞來說又有很好的耐受性，同時也可以成功地將DNA轉移到成千上萬的細胞中。」Michael Schrlau博士說，該篇文獻的共同作者兼RIT凱特格里森工程系的助理教授。

該裝置還顯示了成功培養多種細胞類型的能力，包括那些通常難以生長和存活的細胞，如：免疫細胞、干細胞和神經元等。

研究學者們正在對技術進行優化，希望能開發更廉價的設備，并最終開發新藥方來治療一系列的疾病。

這項研究還和RIT的Leslie Wright教授共同開發。本研究由以下組織聯合贊助支持：綜合腦研究(Integrative Brain Research)的史密特計劃、美德合作關系推動生物能源和碳納米管應用組織(American-German Partnership to Advance Biomedical and Energy Applications of Nanocarbon)、德州儀器(Texas Instruments)、費因伯格基金會(Feinberg Foundation)和魏茨曼科學研究會(Weizmann Institute of Science)。

圖文導讀：

圖1.：碳納米管數組裝置構造示意圖，在平行排列中轉染多種細胞。

圖2：在細胞內轉染的CNT數組示意圖

(a)裝置制備步驟示意圖。1.利用CVD在陽極氧化鋁孔內進行碳沉積。 2.利用反應離子刻蝕(RIE)去除模板使得CNT末端暴露出來。

使用場發式電子顯微鏡拍攝CNT數組：(b)俯視圖 (c)35度傾斜視角，碳管尺寸：200nm (d)CNT的斷裂邊緣顯示嵌入的CNT與延伸通過該設備的平面。

圖3：CNT陣列上的細胞增殖反應圖

(a)在場發式電子顯微鏡下，L6細胞(藍色部份)在CNT器件上培養48小時 (b)細胞與CNT界面的放大圖，顯示CNT被背側的L6細胞薄膜吞噬(比例尺:500nm) (c)(d)HEK293細胞在CNT陣列上的增殖與培養板上的比較，分別顯示在接種后的3、24、48小時后的存活細胞數和覆蓋率。誤差欄顯示每個案例存在著20個標準差。在控制的培養板和CNT器件中，沒有觀察到細胞成長或細胞范圍的顯著差異，在(c)中的t測試結果，P值分別為0.63、0.2、0.29，(d)中則是0.95、0.55、0.63。

圖4：利用碳納米管陣列膜對細胞內轉染細胞的研究

(a)在時間為零時，放大五個HEK293細胞在CNT陣列轉染時的熒光圖像，顯示出活細胞被鈣黃綠素染色，透過綠色熒光蛋白(GFP)熒光過濾器成像 (b)同樣的細胞在CNT介質中以10 × 10^?6 M的四甲基若丹明(葡聚醣)轉染，用Cy3熒光過濾器分別在時間為0、7、6分鐘時成像。(比例尺：5μm) 背景熒光是因為葡聚醣透過CNT開口(無細胞阻塞的開口)擴散到生長培養基中。

原文參考地址：Nanotube “Honeycomb” Enhances Genetic Engineering

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

本文由編輯部封蕾提供素材，洪聖哲編譯。