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悬浮细胞siRNA转染步骤:电转前准备、操作与检测

更新时间:2024-10-12        点击次数:1264

悬浮细胞做siRNA转染时,真正容易出问题的地方往往不是某一个操作步骤,而是从细胞状态、递送方式到转染后检测的整个流程没有统一。

Jurkat、K562、HL-60以及其他悬浮细胞与常见贴壁细胞不同,实验中不能用“60%~80%融合度”描述转染状态,更需要关注的是实际细胞数量、细胞浓度、活率、生长阶段以及当前培养状态

与此同时,不同悬浮细胞对脂质体等化学转染体系的响应差异较大,部分难转染细胞可能需要采用电穿孔进行siRNA递送。因此,开始实验之前首先应该确定当前细胞适合哪一种递送路线,而不是直接照搬其他细胞的siRNA转染参数。

一、开始siRNA转染前,先确认当前悬浮细胞状态

无论采用脂质体还是电穿孔,健康、稳定的细胞状态都是后续实验可以重复的基础。

转染前建议重点检查以下几个方面:

  • 细胞处于正常、活跃的生长阶段;

  • 细胞活率良好,没有明显大量死亡或碎片;

  • 培养体系不存在细菌、真菌或支原体污染;

  • 不同实验组尽量使用相同代次和相同培养批次的细胞;

  • 按照实际细胞数或细胞浓度进行记录,而不是使用贴壁细胞的“融合度”描述方法。

例如Jurkat、K562等自由悬浮生长的细胞,看起来都漂浮在培养液中,但不同培养密度、不同生长阶段以及不同活率状态下,对转染刺激的耐受情况可能明显不同。

因此,如果需要比较不同siRNA或者不同电转条件,最好使用同一批状态稳定的细胞完成实验,减少细胞本身造成的结果波动。

二、确定siRNA递送方式:化学转染还是电转染

悬浮细胞并不存在统一的最佳siRNA递送方法。

如果当前细胞已经有成熟、稳定的脂质体或其他化学转染方案,可以优先沿用已经验证的体系;如果使用常规化学转染方法长期存在递送不足、重复性差等问题,则可以进一步评估电穿孔。

需要注意的是,这一步解决的是“采用什么方式递送siRNA”,并不是直接寻找一个所谓的万能参数。

如果目前还没有确定采用哪一种方法,可以先查看siRNA电转染和脂质体转染怎么选,根据具体细胞类型和实验目的确定技术路线,再进入后面的具体操作。

siRNA进入细胞后通过RNA干扰途径实现目标基因沉默的机制示意图

图1:siRNA参与RNA干扰并最终影响目标mRNA表达的机制示意图。

三、设计实验组,不要只有一个“实验组”

siRNA实验如果只做一组目标siRNA,很难判断最后出现的问题究竟来自siRNA序列、递送过程、细胞本身还是检测体系。

一个更加完整的预实验通常应该根据研究目的设置必要的对照,例如:

  • 未处理细胞组:用于观察细胞自身的基础状态;

  • 阴性对照siRNA组:用于判断非特异性递送和siRNA本身带来的影响;

  • 目标siRNA组:评价目标基因沉默效果;

  • 必要时设置阳性对照:用于判断整套siRNA递送和检测体系是否正常工作。

如果采用电转方式,还可以根据实验目的增加相应的电转对照,以便判断细胞死亡究竟来自电脉冲刺激,还是来自siRNA或其他实验变量。

四、电转前怎样准备悬浮细胞?

如果最终确定采用电穿孔进行siRNA递送,正式电转之前首先需要完成细胞计数,并按照当前设备、电转体系和实验方案准备所需细胞数量。

一般流程可以按照以下思路进行:

  1. 收集状态良好的悬浮细胞;

  2. 进行细胞计数并记录活率;

  3. 按照实验设计分配每组需要的细胞;

  4. 通过适合当前细胞的离心条件收集细胞;

  5. 去除原培养液后,按照所采用电转体系要求使用对应缓冲液重悬;

  6. 准备siRNA、电转杯以及转染后使用的恢复培养基。

这里尤其不建议把某一种细胞的细胞数、siRNA加入量或者离心条件直接复制到所有悬浮细胞上。

不同细胞、电转杯间距、反应体积和设备脉冲方式不同,对应的实验条件也会发生变化。

悬浮细胞siRNA电转染实验使用的电转杯示意图

图2:电穿孔实验常用电转杯。不同电极间距对应的电场条件不同,不能只比较设备显示电压。

五、siRNA与细胞混合时重点注意什么?

准备好细胞和siRNA后,应按照所使用电转体系的要求完成样品混合。

操作过程中要尽量保持轻柔,避免剧烈吹打对细胞造成额外机械损伤,同时注意电转体系中不要产生明显气泡。

对于电穿孔实验来说,样品缓冲体系、电导率、电转杯间距以及反应体积都会影响最终电脉冲作用条件。

因此,不建议简单认为“只要电压一样,实验条件就是一样”。即使两篇文献都写了相同电压,如果电转杯规格、缓冲体系、脉冲宽度或者设备波形不同,实际作用于细胞的条件也可能并不相同。

六、悬浮细胞siRNA电转的核心操作步骤

完成样品准备以后,可以进入电转环节。

典型流程可以概括为:

  1. 细胞与siRNA混合:按照当前实验体系确定细胞数、siRNA量和反应体积;

  2. 加入电转杯:轻柔转移样品,并检查是否存在明显气泡;

  3. 设置电转程序:根据具体细胞、电极间距以及已有文献或预实验结果设置起始条件;

  4. 施加电脉冲:完成siRNA递送;

  5. 转移细胞:按照所使用体系要求将电转后的细胞转入适合的恢复培养条件;

  6. 继续培养:待细胞恢复后进入后续基因沉默检测。

整个过程中真正需要控制的不是一个单独电压值,而是电场强度、脉冲时间、脉冲次数、脉冲间隔、电转缓冲液、电转杯规格和细胞状态共同形成的参数组合。

悬浮细胞siRNA电转染使用电穿孔仪和电转杯的实验原理示意图

图3:电穿孔仪、电转杯与细胞样品之间的基本工作关系示意图。

七、不要直接照搬别人实验里的一个电压

悬浮细胞siRNA电转最常见的误区之一,就是看到论文或者别人实验记录中的一个电压参数以后直接复制。

实际上,电转结果至少同时受到以下变量影响:

  • 具体细胞类型以及当前细胞状态;

  • 每次电转的细胞数量;

  • siRNA加入量以及样品组成;

  • 电转缓冲体系;

  • 电转杯电极间距;

  • 脉冲波形;

  • 电压或电场强度;

  • 脉冲持续时间;

  • 脉冲次数及脉冲间隔;

  • 电转后的细胞恢复条件。

因此,已有文献参数更适合作为建立预实验的起点,而不是未经验证直接作为最终实验条件。

八、第一次做悬浮细胞siRNA电转,建议怎样筛参数?

如果当前细胞还没有成熟参数,建议先做小规模预实验,而不是一次把所有变量全部改变。

可以先固定细胞来源、细胞数量、siRNA批次、缓冲体系和电转杯,仅针对一到两个核心电脉冲变量设置有限梯度。

完成第一轮以后,同时记录:

  • 细胞即时状态;

  • 电转后的细胞活率;

  • 细胞恢复情况;

  • siRNA递送情况;

  • 目标基因沉默效果。

然后再根据第一轮结果缩小范围进行下一轮筛选。

这样做的好处是,当转染结果出现变化时,能够比较清楚地判断究竟是哪一个参数产生了影响,而不是一次修改五六个条件以后无法追溯原因。

九、转染完成后,什么时候检测效果?

siRNA进入细胞并不等于最终已经产生了有效的基因沉默。

实验结果至少可以分成三个层面判断:

1. 递送是否成功

如果实验中使用适合的荧光标记对照,可以辅助观察siRNA是否成功进入细胞。

但需要注意,看到细胞出现荧光只能说明递送情况,不能直接等同于目标基因已经被有效沉默。

2. mRNA水平是否下降

可以根据研究设计通过qPCR等方法评价目标mRNA变化。具体检测时间应根据目标基因、细胞类型和实验体系确定,不建议把某一个固定时间点套用于所有实验。

3. 蛋白水平是否出现预期变化

如果实验最终关注蛋白表达,还需要考虑目标蛋白自身的半衰期。因此,mRNA已经明显下降时,蛋白水平未必立即同步变化。

对于重要实验,设置多个合理时间点通常比只检测单一时间点更容易判断真正的基因沉默过程。

十、为什么转染效率高了,还要看细胞活率?

对于悬浮细胞电转,不能只寻找“siRNA进去最多”的参数。

如果提高脉冲刺激以后递送比例明显增加,但同时造成大量细胞死亡,那么剩余细胞数量不足,后续qPCR、Western Blot或者功能实验仍然可能受到影响。

因此,选择最终条件时建议同时评价:

递送效果 + 细胞活率 + 基因沉默效果 + 后续功能实验可用性。

真正适合长期使用的参数应该是在这些指标之间取得较好的平衡,而不是只追求某一个指标达到最高。

十一、悬浮细胞siRNA电转对设备有哪些要求?

如果实验室长期进行Jurkat、K562、HL-60等悬浮细胞或者其他哺乳动物细胞电转,设备不仅要能够产生电脉冲,更重要的是能够对脉冲强度、时间以及多脉冲组合进行稳定控制。

Gene Pulser 830方波电穿孔仪定位于哺乳动物细胞、悬浮细胞、原代细胞和干细胞等真核细胞转染,可对脉冲强度、脉冲时间、间隔和个数进行设置,并支持实际波形显示及预脉冲电阻测量。

对于需要反复进行参数筛选的悬浮细胞实验,这类可记录、可调整的方波体系更方便逐步寻找递送效率和细胞活率之间的参数窗口。

       威尼德Gene Pulser 830方波电穿孔仪用于悬浮细胞siRNA电转条件建立    

图4:Gene Pulser 830方波电穿孔仪,适用于悬浮细胞等真核细胞电转条件建立与参数优化。

十二、悬浮细胞siRNA转染常见问题怎么判断?

问题1:细胞活得很好,但基因沉默不明显

首先检查siRNA是否真正进入细胞,同时确认siRNA序列、加入量、目标转录本以及检测时间是否合理。如果使用电转,还需要判断电脉冲条件是否过于温和。

问题2:siRNA递送不错,但电转后死亡很多

优先检查电脉冲刺激是否过强,同时排查细胞本身状态、电转缓冲体系、电转杯、样品气泡以及操作时间等因素。

问题3:同一个程序,有时成功有时失败

应重点检查不同批次之间的细胞活率、生长阶段、细胞数量、siRNA批次、缓冲体系、样品体积以及实际脉冲输出是否保持一致。

问题4:荧光很强,但qPCR没有明显下降

荧光信号只能辅助判断递送情况,并不能证明目标siRNA已经产生有效的RNA干扰。此时需要进一步排查siRNA序列有效性、检测时间和目标基因本身。

总结:悬浮细胞siRNA转染,关键是把整个流程标准化

悬浮细胞siRNA转染并不是简单完成“加siRNA—电一下—培养”三个动作。

更加可靠的流程应该从细胞状态开始,把细胞计数、对照设置、递送方式、siRNA准备、电转参数、转染后恢复和基因沉默检测全部纳入标准化记录。

如果已经有成熟的化学转染体系,可以继续使用稳定方案;如果Jurkat、K562、HL-60或其他难转染悬浮细胞在化学递送中长期表现不理想,则可以进一步评估电穿孔方法。

如需比较不同siRNA递送方式,可继续查看siRNA电转染和脂质体转染怎么选;如果准备建立悬浮细胞电转条件,也可以查看Gene Pulser 830方波电穿孔仪的脉冲控制及悬浮细胞应用信息。

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