北航Microsystems & Nanoengineering：微孔阵列低电场电穿孔芯片在活细胞基因检测和基因编辑中的应用

民咕咕

2020-03-07

电穿孔作为一种简单的基因递送方法，已被广泛应用于再生医学，免疫疗法和基因编辑等领域¹。与其他物理递送方法相比，电穿孔可以轻松实现在单细胞水平上的转染²。传统电穿孔方法通常需要对细胞施加高电压（>100V），对细胞活性影响非常大，并且分子递送效率低，递送过程完全随机，均一性和重复性差。

近日，北京航空航天大学常凌乾课题组采用真空辅助的微孔阵列平台用于简单，高效，高通量的细胞内递送，为细胞分析，药物筛选及基因改造等领域提供了可靠的递送方法。

图1   微孔阵列电穿孔芯片的工作原理，表征及性能

本文要点：

1）这项工作基于硅湿法刻蚀的方法制作了用于单细胞电转染的“金字塔”形微孔阵列平台。此平台与常规电转染方法相比，可以在低电压下实现单细胞电穿孔，转染效率可达90%以上，细胞安全性更高，转染更均匀。

2）通过此平台递送分子信标，可完成心肌细胞内心肌纤维化标志物Vimentin RNA的测定；通过改变施加电压，可实现控制化疗药物的递送剂量；通过此芯片进行CRISPR-Cas9转染，控制细胞活性的p62基因和CXCR7基因在肿瘤细胞中被敲除，从而有效地抑制了癌细胞活性。该系统实现分子信标，化疗药物和CRISPR-Cas大分子质粒（CRISPR-Cas9表达载体，> 9 kb）的高效递送，展示了其在细胞分析，药物分析以及基因编辑领域中的应用潜力。

图2  CRISPR-Cas大分子质粒的递送及基因编辑

论文第一单位北航生物医学工程学院和生物医学工程高精尖创新中心——单细胞分析纳米技术研究所。北京大学第三医院生殖医学中心李默教授为共同通讯作者。北航樊瑜波教授和Ohio State University James Lee教授为主要共同作者。第一作者是董再再博士。

参考文献：

1. Kotnik, T. et al. Electroporation-based applications in biotechnology. Trends Biotechnol. 33, 480-488 (2015).

2. Chang, L. et al. Micro-/nanoscale electroporation. Lab. Chip. 16, 4047-4062 (2016).

     DOI：10.1138/s41378-019-0112-z

     https://www.nature.com/articles/s41378-019-0112-z