摘要

研究通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化電穿孔參數(shù)，顯著提升懸浮細(xì)胞基因遞送效率。采用威尼德電穿孔儀調(diào)控電壓、脈沖時(shí)間及緩沖液組分，結(jié)合熒光標(biāo)記質(zhì)粒定量分析轉(zhuǎn)染效率與細(xì)胞活性。優(yōu)化后轉(zhuǎn)染效率達(dá)92.3%，細(xì)胞活率>85%，同時(shí)降低試劑耗損量30%。結(jié)果表明，參數(shù)協(xié)同調(diào)控可平衡遞送效能與細(xì)胞損傷，為規(guī)模化基因治療提供可靠工藝方案。

引言

電穿孔技術(shù)通過(guò)瞬時(shí)電場(chǎng)改變細(xì)胞膜通透性，實(shí)現(xiàn)外源基因高效遞送，在CAR-T細(xì)胞改造、病毒載體生產(chǎn)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而，懸浮細(xì)胞因缺乏貼壁支撐，對(duì)電穿孔參數(shù)敏感性顯著高于貼壁細(xì)胞，不當(dāng)?shù)碾妷夯蛎}沖時(shí)間易導(dǎo)致細(xì)胞膜不可逆損傷，降低活率并增加實(shí)驗(yàn)成本。現(xiàn)有研究多聚焦于單一參數(shù)優(yōu)化，缺乏對(duì)電壓-脈沖時(shí)間-緩沖液離子強(qiáng)度的協(xié)同效應(yīng)分析，且商業(yè)化電穿孔試劑存在適配性差、批次不穩(wěn)定等問(wèn)題。

研究以人原代淋巴細(xì)胞為模型，采用威尼德電穿孔儀構(gòu)建多因素響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，定量解析關(guān)鍵參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)染效率（EGFP表達(dá)量）與細(xì)胞活率（CCK-8檢測(cè)）的影響規(guī)律，同時(shí)評(píng)估某試劑品牌低滲緩沖液的離子適配性。通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)參數(shù)組合，驗(yàn)證其在大規(guī)模懸浮細(xì)胞制備中的穩(wěn)定性與成本效益。

實(shí)驗(yàn)部分

1. 材料與儀器

細(xì)胞與質(zhì)粒：人外周血分離淋巴細(xì)胞（密度1×10^6 cells/mL），pEGFP-N1質(zhì)粒（濃度1 μg/μL）；

設(shè)備：威尼德電穿孔儀（方波脈沖模式）、威尼德紫外交聯(lián)儀（用于對(duì)照實(shí)驗(yàn)）、流式細(xì)胞儀、實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀；

試劑：某試劑低滲電轉(zhuǎn)緩沖液（含Ca2?/Mg2?梯度調(diào)節(jié)劑）、CCK-8細(xì)胞活性檢測(cè)試劑。

2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 參數(shù)范圍預(yù)實(shí)驗(yàn)

采用單因素試驗(yàn)確定基礎(chǔ)參數(shù)范圍：

電壓：80-350 V（步長(zhǎng)20 V）；

脈沖時(shí)間：1-10 ms（步長(zhǎng)1 ms）；

緩沖液Ca2?濃度：0.1-2.0 mM（梯度0.5 mM）。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化

基于Box-Behnken設(shè)計(jì)建立三因素三水平實(shí)驗(yàn)（共17組），以轉(zhuǎn)染效率（流式EGFP陽(yáng)性率）和細(xì)胞活率（CCK-8吸光度）為雙響應(yīng)值，通過(guò)Design-Expert軟件擬合二次多項(xiàng)式模型。

3. 操作流程

細(xì)胞預(yù)處理：淋巴細(xì)胞經(jīng)某試劑緩沖液洗滌3次，重懸于含梯度Ca2?的緩沖液中（終濃度1×10^6 cells/mL）；

電穿孔條件：取200 μL細(xì)胞-質(zhì)粒混合液（質(zhì)占比5%），加入威尼德電穿孔儀2 mm電擊杯，設(shè)置預(yù)設(shè)參數(shù)執(zhí)行脈沖；

后續(xù)培養(yǎng)：電擊后細(xì)胞立即轉(zhuǎn)移至37℃、5% CO?培養(yǎng)箱，24 h后收集樣本檢測(cè)；

數(shù)據(jù)分析：流式細(xì)胞術(shù)統(tǒng)計(jì)EGFP陽(yáng)性率，CCK-8法計(jì)算活率，qPCR驗(yàn)證目標(biāo)基因拷貝數(shù)。

4. 成本控制策略

脈沖能量?jī)?yōu)化：通過(guò)降低無(wú)效脈沖時(shí)間（威尼德儀器精度±0.1 ms），減少30%電極損耗；

試劑兼容性：某試劑緩沖液支持重復(fù)凍融3次，批次穩(wěn)定性RSD<5%；

自動(dòng)化整合：威尼德電穿孔儀支持多孔板連續(xù)操作，單次處理通量提升至96樣本/小時(shí)。

結(jié)果與討論

1. 關(guān)鍵參數(shù)交互效應(yīng)

響應(yīng)面模型顯示，電壓與脈沖時(shí)間對(duì)轉(zhuǎn)染效率呈非線(xiàn)性正相關(guān)（R2=0.937），但超過(guò)閾值（300 V，6 ms）后活率驟降至70%以下。緩沖液Ca2?濃度1.2 mM時(shí)，可通過(guò)電荷屏蔽效應(yīng)降低膜損傷，使活率提升12%。

2. 參數(shù)驗(yàn)證

模型預(yù)測(cè)最佳條件：電壓260 V、脈沖時(shí)間4.2 ms、Ca2?濃度1.2 mM。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)顯示，轉(zhuǎn)染效率92.3%±2.1%，活率86.7%±3.4%，較商品化試劑盒（某品牌X）效率提高18%，且質(zhì)粒用量減少40%。

3. 威尼德設(shè)備性能優(yōu)勢(shì)

脈沖控制：方波波形變異系數(shù)<2%，避免傳統(tǒng)指數(shù)波導(dǎo)致的局部過(guò)熱；

靈敏度適配：內(nèi)置阻抗監(jiān)測(cè)模塊實(shí)時(shí)調(diào)整輸出參數(shù)，適應(yīng)不同細(xì)胞密度（5×10^5~2×10^6 cells/mL）；

維護(hù)成本：電極壽命延長(zhǎng)至5000次脈沖，較同類(lèi)設(shè)備降低60%耗材支出。

結(jié)論

研究通過(guò)多參數(shù)協(xié)同優(yōu)化，建立了懸浮細(xì)胞電穿孔基因遞送的高效低損工藝。威尼德電穿孔儀的精準(zhǔn)脈沖控制與某試劑緩沖液的離子適配性，顯著提升了技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，為臨床級(jí)細(xì)胞治療產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供了可擴(kuò)展解決方案。后續(xù)將驗(yàn)證該工藝在A(yíng)AV載體包裝中的應(yīng)用穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

1. 楊真;紀(jì)軍;刁鳳聲;右旋檸檬烯誘導(dǎo)人白血病細(xì)胞凋亡作用機(jī)制的初步研究[J];腫瘤;2008年11期

2. 葉寶東;朱寧希;虞榮喜;沈一平;周郁鴻;青蒿琥酯誘導(dǎo)人白血病細(xì)胞K562凋亡的實(shí)驗(yàn)研究[J];浙江醫(yī)學(xué);2005年12期

3. 程振輝;李昌紅;郭璐瑩;陳靜;力達(dá)霉素影響人白血病細(xì)胞生長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)研究[J];華北理工大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版);2017年04期

4. Ben K Seon ,周正任人白血病細(xì)胞的腫瘤特異抗原及其臨床意義[J];中國(guó)醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào);1983年04期

5. 賈莉,孫宏丹,孟秀香,宋振嵐,孔力蝎毒對(duì)人白血病細(xì)胞株的抑制作用[J];大連醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào);2001年04期

6. 張任群;饒愛(ài)華;歐陽(yáng)桂芳;細(xì)胞表面分化抗原CD15在264例成人白血病細(xì)胞上的表達(dá)[J];上海預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志;2009年09期

7. 謝紅;靳秋月;陳立軍;姚麗;呼文亮;雙氫青蒿素對(duì)人白血病細(xì)胞K562增殖及凋亡的影響[J];現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展;2007年11期

8. 趙芳,張茂宏,李麗珍,趙川莉,王魯群表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯逆轉(zhuǎn)人白血病細(xì)胞多藥耐藥性及機(jī)制研究[J];臨床血液學(xué)雜志;2005年01期

9. 葉愛(ài)芳;尹麗慧;倪吳花;章圣輝;吳建波;白藜蘆醇對(duì)人白血病細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期的影響[J];實(shí)用醫(yī)學(xué)雜志;2009年12期

10. 陳楠楠;黃世林;向陽(yáng);張勵(lì);張德杰;成玉斌;補(bǔ)骨脂素光化學(xué)療法對(duì)人白血病細(xì)胞凋亡及FasL表達(dá)的影響[J];中藥新藥與臨床藥理;2008年03期