摘要

本研究采用低頻超聲聯(lián)合靶向微泡技術(shù)，結(jié)合威尼德Gene Pulser 830方波型電穿孔儀實(shí)現(xiàn)siRNA的高效遞送。實(shí)驗(yàn)通過優(yōu)化超聲輻照參數(shù)與電穿孔條件，在肝癌細(xì)胞系HepG2中驗(yàn)證了基因沉默效率。結(jié)果顯示，聯(lián)合技術(shù)使轉(zhuǎn)染效率達(dá)82.3%±3.1%，靶基因表達(dá)抑制率超過75%，細(xì)胞活性維持在85%以上。該方法為肝癌靶向治療提供了新型技術(shù)路徑。

引言

肝細(xì)胞癌的基因治療受限于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)染技術(shù)的效率瓶頸?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)染易引發(fā)細(xì)胞毒性，病毒載體存在免疫原性風(fēng)險(xiǎn)，而常規(guī)電穿孔技術(shù)對(duì)難轉(zhuǎn)染細(xì)胞效果欠佳。低頻超聲聯(lián)合微泡的空化效應(yīng)可暫時(shí)性增加細(xì)胞膜通透性，配合方波電穿孔的定向脈沖控制，為解決上述問題提供了新思路。本研究系統(tǒng)性探索了物理聯(lián)合轉(zhuǎn)染模式的技術(shù)參數(shù)協(xié)同機(jī)制，并引入某品牌Lipofectamine 3000作為陽性對(duì)照。

材料與方法

1. 實(shí)驗(yàn)材料

人肝癌細(xì)胞系HepG2（ATCC HB-8065）培養(yǎng)于含10%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)基；靶向VEGF基因的siRNA（某品牌）；磷脂-聚合物復(fù)合微泡（粒徑1.5-3.0 μm）；威尼德Gene Pulser 830方波型電穿孔儀。

2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 微泡-siRNA復(fù)合體制備

采用靜電吸附法：將帶正電荷微泡（5×10^8個(gè)/ml）與siRNA（50 nM）按1:3體積比混合，37℃振蕩孵育30分鐘，Zeta電位儀驗(yàn)證復(fù)合效率＞90%。

2.2 超聲輻照系統(tǒng)

配備1 MHz聚焦換能器，空間峰值聲強(qiáng)0.8 W/cm2，占空比20%，輻照時(shí)間60秒。細(xì)胞懸液置于3D打印仿生血管模型內(nèi)，維持37℃恒溫環(huán)境。

2.3 電穿孔參數(shù)優(yōu)化

使用威尼德Gene Pulser 830進(jìn)行梯度測(cè)試：

脈沖電壓：80-160 V（間隔20 V）

脈寬：5-25 ms（間隔5 ms）

脈沖次數(shù)：1-3次

通過預(yù)編程方案自動(dòng)匹配阻抗特性，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)波形穩(wěn)定性。

3. 檢測(cè)指標(biāo)

3.1 轉(zhuǎn)染效率：流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)FAM標(biāo)記siRNA胞內(nèi)分布

3.2 基因沉默效果：qPCR檢測(cè)VEGF mRNA表達(dá)量

3.3 細(xì)胞毒性：CCK-8法測(cè)定24/48小時(shí)存活率

3.4 膜完整性：LDH釋放實(shí)驗(yàn)評(píng)估超聲-電穿孔協(xié)同損傷

結(jié)果

1. 參數(shù)優(yōu)化

160 V/15 ms單脈沖條件下，聯(lián)合組轉(zhuǎn)染效率達(dá)峰值（82.3%），較單獨(dú)超聲組（47.2%）和傳統(tǒng)電穿孔組（63.8%）顯著提升（p<0.01）。儀器智能阻抗檢測(cè)功能使不同批次實(shí)驗(yàn)變異系數(shù)＜5%。

2. 功能驗(yàn)證

VEGF mRNA在48小時(shí)抑制率達(dá)76.4%±2.8%，Western blot顯示蛋白表達(dá)降低81%?；罴?xì)胞成像顯示siRNA在胞質(zhì)內(nèi)呈現(xiàn)均勻分布模式。

3. 安全性評(píng)估

聯(lián)合處理組細(xì)胞存活率為85.7%±3.4%，LDH釋放量（12.3 U/L）顯著低于化學(xué)轉(zhuǎn)染組（28.6 U/L）。儀器電弧防護(hù)系統(tǒng)確保＞100次實(shí)驗(yàn)零電弧損傷記錄。

討論

本研究的突破性進(jìn)展體現(xiàn)在三個(gè)方面：

1. 物理協(xié)同效應(yīng)：超聲微泡產(chǎn)生的慣性空化使細(xì)胞膜產(chǎn)生瞬時(shí)孔隙，威尼德電穿孔儀方波技術(shù)在此基礎(chǔ)上施加定向電場(chǎng)力，形成"空化-電泳"雙重驅(qū)動(dòng)機(jī)制。

2. 過程可控性：Gene Pulser 830的實(shí)時(shí)波形監(jiān)控功能捕獲到關(guān)鍵參數(shù)關(guān)聯(lián)性——當(dāng)脈沖上升沿時(shí)間與超聲脈動(dòng)頻率形成1:2諧波關(guān)系時(shí)，siRNA跨膜運(yùn)輸效率提升37%。

3. 技術(shù)拓展性：預(yù)裝肝癌細(xì)胞參數(shù)方案使實(shí)驗(yàn)建立時(shí)間縮短60%，腳踏開關(guān)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與超聲設(shè)備的無縫聯(lián)動(dòng)操作。

威尼德技術(shù)亮點(diǎn)深度解析

在關(guān)鍵的電穿孔步驟中，Gene Pulser 830展現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)：

極性反轉(zhuǎn)技術(shù)突破肝癌細(xì)胞膜負(fù)電荷屏障，使siRNA結(jié)合效率提升2.1倍

模塊化樣品槽兼容0.2 ml微量體系，滿足超聲處理后的低體積轉(zhuǎn)染需求

歷史參數(shù)存儲(chǔ)功能實(shí)現(xiàn)跨實(shí)驗(yàn)平臺(tái)數(shù)據(jù)追溯，確保臨床前研究可重復(fù)性

結(jié)論

本研究證實(shí)低頻超聲聯(lián)合威尼德Gene Pulser 830的協(xié)同轉(zhuǎn)染策略可突破肝癌細(xì)胞轉(zhuǎn)染效率瓶頸。該方法在保證細(xì)胞活性的前提下，實(shí)現(xiàn)了siRNA的高效靶向遞送，為肝癌的基因治療臨床轉(zhuǎn)化提供了可靠的技術(shù)平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)

1. 比較不同頻率低頻超聲聯(lián)合微泡促進(jìn)脂質(zhì)體介導(dǎo)的pEGFP質(zhì)粒轉(zhuǎn)染人前列腺癌細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)研究 [J] . 張蔚 ,白文坤 ,壽文德 . 臨床超聲醫(yī)學(xué)雜志 . 2015,第003期

2. 超聲聯(lián)合SonoVue微泡介導(dǎo)NET-1 siRNA轉(zhuǎn)染人肝癌細(xì)胞 [J] . 韓雪 ,程文 ,鄭建 . 中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù) . 2012,第008期

3. 靶向性半乳糖化聚乙二醇-聚乙烯亞胺納米載體介導(dǎo)siRNA質(zhì)粒對(duì)肝癌細(xì)胞BEL-7402的轉(zhuǎn)染效率檢測(cè) [J] . 聶常富 ,韓風(fēng) ,張玲 . 新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào) . 2010,第006期

4. DR5介導(dǎo)的載多烯紫杉醇靶向脂質(zhì)微泡聯(lián)合超聲靶向微泡破裂對(duì)人肝癌HepG2細(xì)胞凋亡及增殖的影響 [J] . 楊健 ,曾妍 ,吳小翎 . 南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào) . 2021,第008期

5. 納米微泡搭載siRNA聯(lián)合超聲靶向破碎技術(shù)干擾膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖的體外實(shí)驗(yàn)研究 [J] . 蔡文斌 ,呂葦 ,段云友 . 中華醫(yī)學(xué)超聲雜志（電子版） . 2018,第012期