Nucleofector核转染系统助力CRISPR高效率基因编辑

Nucleofector核转染系统助力CRISPR高效率基因编辑

CRISPR-Cas9基因编辑技术因其设计简便、靶向精准等优势，在生命科学研究和生物技术领域展现出巨大潜力。然而，如何高效地将CRISPR组分导入目标细胞，尤其是原代细胞和多能干细胞，一直是该技术应用中的关键挑战。本文将介绍一种基于电穿孔的Nucleofector™技术，如何通过优化转染效率，助力CRISPR实现更高效的基因编辑。

在生命科学研究、临床和生物技术的各种应用中，多功能且易于使用的基因组编辑方法CRISPR-Cas9占据重要地位。与其他基因组编辑技术（如锌指核酸酶（ZFNs）和转录激活因子样效应核酸酶（TALENs））相比，CRISPR-Cas9具有设计简便、使用灵活，并能同时靶向多个位点的优势。

CRISPR-Cas9系统基因编辑的特异性由指导RNA（gRNA）决定，gRNA与靶DNA的互补区段结合，并在Cas9内切核酸酶存在下直接进行DNA切割。将CRISPR-Cas9组分有效转入目标细胞是决定基因编辑成功的关键因素之一。虽然在永生化细胞系中已实现成功的CRISPR-Cas9介导的遗传修饰，但对于原代细胞或多能干细胞等难以转染的细胞类型，如何提高转染效率成为提升编辑效率的关键。

使用RNPs优化转染效率

为避免DNA毒性、克服mRNA不稳定性并更好地控制编辑效果，可以尝试使用RNP（核糖核蛋白）复合物作为转染底物。RNP在体外由Cas9蛋白和gRNA构建完成，转染后可立即启动基因组编辑过程，缩短编辑时间。此外，使用RNP可确保核酸酶不会长时间滞留在细胞中，从而最小化脱靶效应并改善剂量控制。基于RNP的转染方法特别适合原代细胞和难以转染的细胞类型，因为这些细胞在使用DNA时往往表现出较高的细胞毒性。

除了优化转染方法，选择有效的Cas9蛋白和gRNA组合也至关重要。同时，Cas9-gRNA的比例和总转染量对最终结果也有重要影响。

Nucleofector™技术：电转技术的新突破

目前，有多种方法可用于将Cas9和gRNA（或单独的crRNA和tracerRNA）转染到细胞中。最常见的方法是lipofection，即使用脂质体递送CRISPR组分，但这种方法的转染效率不高，尤其对原代细胞效果不佳。病毒载体虽然转染效率较高，但设计复杂且只能递送DNA类型的底物。

基于电穿孔的Nucleofector™技术提供了一个更具吸引力的替代方案。该技术已被证实是将CRISPR底物转染到难以转染细胞中的有效非病毒方法。通过独特的电脉冲、细胞类型特异性解决方案和优化的实验方案，Nucleofector™技术实现了高转染效率和高细胞活力，能够直接靶向细胞核，提供可重现、快速且高效的结果。这种技术在疾病研究、药物发现以及基因疗法等领域具有广泛的应用前景。

应用案例

2021年3月，美国斯坦福大学、贝勒医学院等全球知名机构的研究人员在《Nature Medicine》发表重要研究成果，利用IDT的Alt-R® CRISPR/Cas9基因编辑系统和Lonza的电转染系统，在小鼠模型中成功实现用β-珠蛋白替代α-珠蛋白来治疗β-地中海贫血。

顶尖学术期刊《Nature》近期报道了一项癌症治疗领域的突破性进展：研究人员利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，将能精准识别癌细胞的TCR基因序列插入T细胞中，成功改造免疫细胞使其能特异性识别患者癌细胞。该研究采用非病毒性载体递送，降低了安全性风险，是基因编辑和抗癌细胞疗法领域的重大突破。

技术发展与展望

Nucleofector™技术自诞生以来已有超过20年历史，被引用超过10,000次，作为非病毒细胞转染方法引领市场。Lonza公司基于20年的外源基因转导开发经验，推出了新一代4D-Nucleofector™平台，提供改进的用户体验和针对中等通量应用的96孔单元。该平台配备新的设计和用户友好的实验设置及数据管理软件，以最大化的灵活性和可靠性满足客户需求。此外，Lonza还提供不同维度的转染模块，以应对各种应用场景的需求。