磁性轉染：一種新型的基因轉染技術

摘要 基因轉染是基因治療的關鍵步驟之一。目前所采用的轉染技術主要是病毒載體系統和非病毒載體系統，它們各有優缺點。病毒載體轉染效率比較高，但其免疫原性大、靶向性差，并有著潛在的致瘤性。非病毒載體安全性和靶向性較好，但轉染效率一直欠佳。因此，尋求一種理想的轉染方式，將二者的優勢相結合，使目的基因靶向、安全并高效的整合到靶細胞基因組 ，是基因治療成功的關鍵。隨著納米技術和磁性材料在醫學上的應用，一種新型的基因轉染技術—磁性轉染(magnetofection)應運而生。它是一種將目的基因分子與磁性納米微粒結合形成磁性微球，利用外加磁場力的導向作用使其高效靶向的轉運到靶器官，發揮治療作用的方法。本文將就磁性轉染技術的原理、優點以及所面臨的問題做一綜述。
關鍵詞 磁性轉染 基因治療 轉染效率 納米微粒
前言
1990年，人類對腺苷酸脫氨酶（ADA）缺陷所致的先天性免疫 缺陷綜合征進行了歷史上首例基因治療，并取得一定療效。十余年來，基因治療作為一種很有潛力的治療手段，為許多疑難病癥帶來了希望。但它依然面臨著許多問題和困難，距離臨床應用還有很長的一段距離。目前最主要的障礙之一是：如何有效的將目的基因釋放到機體靶細胞而副作用最小，即基因轉染的效率、靶向性和安全性的問題。因此，尋求一種合適的轉移方法或載體，使目的基因靶向、安全并高效的整合到靶細胞基因組，是基因治療成功的關鍵。目前基因治療中所使用的載體主要有病毒載體和非病毒載體。由于轉染的效率比較高，目前大多數的基因治療項目使用病毒載體。但是病毒載體存在著潛在致瘤性、免疫原性高、所能攜帶的目的基因容量小、靶向性差等缺點。非病毒載體系統是一種包括裸DNA注射、陽離子脂質體、陽離子高分子等等的基因轉移體系。與病毒載體系統比較，它有較好的安全性和靶向性，但轉染效率一直欠佳。因此，如何把兩者的優點結合在一起，成為新的研究熱點。
隨著納米技術和磁性材料在醫學上的應用，人們已經能把化療藥物與磁性納米微粒相結合，在外加磁場的作用下，靶向治療腫瘤。納米級磁性材料具有靶向性好、免疫原性低、生物安全性高的優點。在外加磁場作用下，其流向及流速可以控制，具有可控性。于是人們自然想到把DNA、RNA、PNA、dsRNA等基因分子 與磁性納米微粒結合，在外加磁場作用下到達靶器官，進入細胞內，使目的基因與宿主細胞基因組整合，發揮治療作用，即磁性轉染(Magnetofection)。
1. 磁性轉染的原理
磁性轉染技術是將磁性顆粒和某些生物大分子通過化學共價鍵或物理粘附作用相結合，形成具有磁響應性的微粒。然后通過磁性微粒的表面活性與傳統的病毒或非病毒載體耦聯，再與目的基因相結合，亦或直接與目的基因相結合，構成載附基因的磁性微球(Magnetic Microsphere)（見圖1）。在外加梯度磁場的作用下，磁性微球會隨著磁場力的導向濃集于靶位器官或組織。在細胞的胞吞作用下，磁性微球進入細胞內，目的基因釋放，從而發揮高效靶向治療作用（見圖2）。
目前磁性顆粒多采用納米級的Fe3O4(Magnetite)，該物質具有良好的超順磁性(superparamagnetic)和生物安全性。而與其結合的生物大分子則有多種選擇，如聚乙烯亞胺(Polyethylenimine, PEI)、葡聚糖(Dextran)，以及明膠、淀粉等，它們各有優缺點，起著表面分散劑或/和表面活性劑的作用。
+ 目的基因→載附基因的磁性微球

圖1 載附基因磁性微球的制備流程圖