2024年，来自深圳先进技术研究院、中国科学院、杜克大学等单位的研究团队在《科学进展》（Science Advances）杂志上发表了题为“ Acoustothermal transfection for cell therapy”的研究论文。
研究简介
本研究提出了一种声热转染方法，该方法利用声波和热效应增强细胞膜和核膜的通透性，以实现对原代T细胞和干细胞的安全、高效、高通量转染。研究团队通过实验验证了该方法能够将两种质粒同时高效地送入间充质干细胞（MSCs）的细胞核，效率达到89.6±1.2%。转染后的CXCR4-MSCs能够有效靶向活体内缺血部位，并减少小鼠的梗死体积。该声热转染技术解决了转染效率和细胞活性之间的关键瓶颈问题，有望成为未来细胞和基因治疗的强大工具。
研究团队首先介绍了基因和细胞治疗作为治疗各种疾病（如癌症、遗传性疾病、心血管疾病和缺血性中风）的有前景的治疗策略。CRISPR-Cas9基因编辑的成功使得将大型质粒高效、安全地送入细胞的需求日益增加。然而，传统的基于病毒载体、阳离子脂质或电穿孔的转染技术在转染效率和细胞活性方面存在局限性。此外，T细胞和干细胞对电穿孔等外部刺激敏感，可能影响其活性和功能。
为了解决这些问题，研究团队开发了一种声热转染技术，该技术利用表面声波（SAWs）产生的声热效应，通过声波诱导的应力、声流诱导的剪切力和短声热脉冲的组合，有效增强细胞膜和核膜的通透性，从而实现高效转染。实验结果表明，该方法能够在5分钟内将大型功能性货物传递到细胞质和细胞核，同时保持89.7±0.8%的细胞活性。此外，该技术可扩展性强，多个声热转染单元可以集成，每分钟可转染近170万个细胞。
研究团队通过实验验证了该方法能够高效地将质粒送入难以转染的细胞，包括间充质干细胞（MSCs）和原代T细胞。转染后的基因在14小时后表达，表达效率通过荧光成像和流式细胞仪测量分别为89.0±0.9%和82.6%。通过声热转染技术，研究团队还展示了将两种类型的质粒同时送入MSCs的能力，基因表达效率达到89.6±1.2%。对于T细胞，单种质粒表达在24小时内达到85.0±0.6%。
在体内验证方面，研究团队通过将转染后的MSCs注射到缺血性中风小鼠模型中，展示了转染细胞的治疗功能。转染后的MSCs能够高效地靶向缺血部位，并减少梗死体积。此外，转染后的MSCs能够维持其原始功能，并在体内实现转录基因的功能。
在讨论部分，研究团队指出，声热转染技术具有多个理想特征，包括在短时间内高效地将多种大型货物送入细胞核、易于扩展以实现高通量、同时将多种质粒送入难以转染的细胞、对长期生长的治疗细胞具有高生物相容性，并且能够在体内实现转录基因的功能。研究团队期望，他们开发的声热转染设备可以作为生物医学研究和临床应用的强大、便携且易于使用的工具。
在材料和方法部分，研究团队详细描述了声热转染阵列的制造过程、声波诱导的位移场、温度变化和空化效应的表征、数值模拟、细胞培养、细胞穿孔/转染效率和活性的表征、将CdTe量子点和碳纳米颗粒送入MCF-7细胞、将质粒送入MCF-7细胞、MSCs和CD3+ T细胞、RNA测序和动物实验等实验步骤。
总的来说，这项研究提出了一种新的声热转染技术，该技术在提高转染效率和细胞活性方面取得了显著成果，并在体内模型中展示了其治疗潜力。这项技术的发展为细胞和基因治疗领域提供了新的可能性，并有望在未来的研究和临床应用中发挥重要作用。
原文链接：
https://www.zhangqiaokeyan.com/journal-foreign-detail/0704084133300.html
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