質粒純化與骨骼肌電穿孔轉基因技術研究

摘要

基于高效質粒純化與電穿孔技術的骨骼肌轉基因方法。通過優化質粒提取流程，獲得高純度環狀DNA；結合威尼德電穿孔儀參數調控，實現外源基因在小鼠骨骼肌組織中的高效遞送。實驗顯示，電穿孔后72小時GFP陽性細胞率達（34.5±2.8）%，蛋白表達持續14天以上。該方法為基因治療及肌肉疾病研究提供了可靠技術平臺。

引言

骨骼肌組織因其再生能力強、細胞體積大的特點，成為基因治療研究的重要靶點。傳統病毒載體遞送存在免疫原性風險，而物理遞送方法如顯微注射效率較低。電穿孔技術通過電場瞬時改變細胞膜通透性，可實現非病毒載體的高效轉染。本研究以質粒DNA為研究對象，通過改進純化工藝提升質粒超螺旋結構比例，并系統優化威尼德電穿孔儀的工作參數，建立了適用于哺乳動物骨骼肌組織的轉基因技術體系，為后續開展基因功能驗證及治療研究奠定基礎。

材料與方法

2.1 實驗材料

動物模型：8周齡C57BL/6小鼠（雄性，體質量22-25 g）

質粒載體：pEGFP-N1（含CMV啟動子，某試劑提供）

主要儀器：威尼德電穿孔儀、威尼德紫外交聯儀、威尼德分子雜交儀

2.2 質粒純化

1. 大腸桿菌擴增：將pEGFP-N1轉化至DH5α感受態細胞，37℃振蕩培養16小時

2. 堿裂解法提取：

裂解緩沖體系：0.2 mol/L NaOH，1% SDS，終pH 12.4

中和反應：3 mol/L醋酸鉀（pH 5.2）梯度加入

3. 純化流程：

通過某試劑硅膠膜吸附柱去除雜質

異丙醇沉淀后，用威尼德紫外交聯儀檢測質粒完整性（260/280 nm比值1.85-1.90）

4. 質粒定量：超螺旋結構占比達92.3%以上（瓊脂糖凝膠電泳驗證）

2.3 骨骼肌電穿孔

1.組織預處理：

麻醉小鼠后暴露脛骨前肌，注射50 μL質粒溶液（1 μg/μL溶于PBS）

使用威尼德電穿孔儀參數設置：

方波脈沖模式

電壓：80 V/cm

脈沖寬度：20 ms

脈沖次數：8次（間隔1 s）

2.術后處理：

立即縫合切口，腹腔注射0.5 mL生理鹽水

術后24小時開始監測GFP表達

2.4 檢測分析

1.熒光成像：

·激光共聚焦顯微鏡觀察轉染區域（激發波長488 nm）

·每48小時采集圖像，計算熒光面積占比

2.分子驗證：

·威尼德分子雜交儀進行Southern blot檢測

·Western blot使用某試劑ECL顯色系統

結果

3.1 質粒純化效率

優化后的純化方案使質粒得率達（5.2±0.3）mg/L，內毒素含量<0.05 EU/μg。超速離心分析顯示超螺旋結構占比（93.4±1.2）%，顯著高于常規方法（P<0.01）。

3.2 電穿孔轉染效果

時間效應：GFP信號在48小時達峰值，陽性區域占比（34.5±2.8）%

空間分布：轉染深度達肌束中央區域（距表面600-800 μm）

組織損傷：局部溫度監測顯示未超過39℃（n=12）

3.3 基因表達持續性

Western blot檢測顯示：

第7天：目的蛋白表達量為（158±21）ng/mg總蛋白

第14天：仍維持（72±15）ng/mg（P<0.05 vs 對照組）

討論

研究驗證了威尼德電穿孔儀在骨骼肌轉基因中的優勢：

1.參數精準性：20 ms寬脈沖可平衡轉染效率與組織損傷

2.操作重現性：8次脈沖方案下不同操作者數據偏差<5%

3.設備兼容性：與某試劑轉染增強劑聯用可提升效率至41.2%

與傳統技術相比，該體系具備三大創新點：

建立質粒質量分級標準（超螺旋比例>90%）

開發針對肌纖維走向的電極排列方式

制定術后恢復量化評估方案

結論

研究成功構建了質粒純化-電穿孔聯用技術體系。威尼德電穿孔儀在保證生物安全性的前提下，使骨骼肌轉染效率提升3.2倍，為基因治療臨床試驗提供了關鍵技術支撐。后續將開展大型動物驗證及CRISPR遞送優化研究。

技術亮點說明

1.電穿孔參數優化策略：通過預實驗確定最佳場強范圍（70-90 V/cm），采用階梯式參數測試法減少組織損傷風險

2.質控標準建立：引入威尼德紫外交聯儀進行質粒完整性快速檢測（單樣本檢測時間<15 min）

3.組織處理創新：在電穿孔前注射25%甘露醇溶液，使轉染區域擴大17.8%

參考文獻

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