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基因治疗中的细胞生物学技术

基因治疗是一种新兴的医学技术，利用基因工程技术向宿主细

胞中引入外源基因的方法，修复或替换患者体内缺失或缺陷的基

因，达到治疗疾病的目的。细胞生物学技术是基因治疗中不可缺

少的一部分，其作用是构建、传递或表达外源基因，以及监测细

胞基因表达和功能。

I.基因转染技术

基因转染技术是细胞生物学中最基础也是最重要的技术之一。

它是基因治疗中实现向细胞中引入外源基因的关键步骤。目前，

常用的基因转染技术主要分为三类，即化学法、物理法和病毒载

体介导法。

1.化学法

化学法是利用一系列化学物质与细胞膜结合、产生孔洞或改变

细胞膜通透性等方式，使外源基因通过细胞膜进入细胞质，并使

其表达的技术。该技术相对简单，易于操作，不需要昂贵的仪器

和设备，成本较低。但是，由于化学物质的毒性和反应性较大，

易对细胞质和DNA造成损伤，影响基因表达的稳定性和效率。

2.物理法

物理法主要包括电穿孔法、微注射法和基因枪法。其中电穿孔

法是最为常用的一种，通过电脉冲将外源基因导入到细胞内。由

于该技术操作简单、转染效率高、基因稳定性好，已成为基因治

疗中常用的转染技术。但是，该技术仪器设备昂贵，操作繁琐，

需要在专业实验室内进行，成本较高。

3.病毒载体介导法

病毒载体介导法是目前基因治疗中最常用的技术之一，利用一

些病毒载体，如腺病毒、逆转录病毒、AAV病毒等，将外源基因

带入细胞内，实现基因治疗。由于病毒具有高效、选择性引导外

源DNA进入靶细胞的功能，转染效率高，可以稳定表达目标基因。

不过需要注意的是，病毒载体可能会引起免疫反应、肝毒性等不

良反应，因此需要进行安全性评估。

II.质粒稳定细胞线的构建

质粒稳定细胞线是一类经过基因改造的细胞系，可以表达、积

累和传递外源基因，达到对目标蛋白表达和功能的长期监测和控

制。该技术可用于药物筛选和基因治疗中对转染效率和基因稳定

性进行验证。

质粒稳定细胞线的构建主要包括以下步骤：

1.选择质粒和宿主细胞

在质粒的选择上，需要选择较强、易扩增、易提纯的质粒，使

其能够稳定高效地表达外源基因。在宿主细胞选择上，应选择易

于扩增、易于培养、外源DNA易于转染的细胞。目前较为常用的

宿主细胞包括293T细胞和CHO细胞。

2.外源基因的克隆和转染

将外源基因克隆到质粒载体上，再通过化学法、物理法或病毒

载体介导法将质粒导入到宿主细胞中。为了实现基因在细胞内的

稳定表达，还需要加入选择标记和共表达质粒等辅助构建。

3.生成稳定细胞株

将转染后的细胞进行培养，并使用药物筛选法或限制稀释法筛

选产生稳定表达外源基因的细胞株。筛选成功后，应进行单克隆

分离、扩增、冷冻、备份等步骤，以使其保持长期的基因稳定性

和表达性。

III.细胞生物学工具在基因治疗中的应用

在基因治疗中，细胞生物学工具如转染系统、真核细胞基因表

达系统、CRISPR-Cas9技术等都得到了广泛应用。

1.转染系统

转染系统是基因治疗中最为核心的技术之一，其实现了外源基

因对目标细胞的精准传递和表达。目前常用的转染系统包括由化

学物质、病毒载体或微量电击等方式实现的转染系统。

2.真核细胞基因表达系统

真核细胞基因表达系统是利用真核细胞表达的消息RNA

(mRNA)和合成基因的方法来实现外源蛋白表达，因其能够在体

外合成和大规模表达蛋白质，已成为基因治疗中的重要技术之一。

目前已有多种真核细胞基因表达系统被开发，如蓝绿色球藻、酵

母菌和哺乳动物细胞等。

3.CRISPR-Cas9技术

CRISPR-Cas9技术是目前最火热的基因编辑技术之一，具有精

准、高效、低成本等优点，被广泛应用于医学和生物学领域。该

技术可通过改变特定DNA序列，实现基因修复和基因敲除，也可

用于基因治疗中的目标基因筛选和编辑。

结语

细胞生物学技术在基因治疗中扮演了至关重要的角色。在不断

提高的基因治疗安全性和效果的背景下，细胞生物学技术的创新

和发展无疑将为未来的基因治疗提供更多的选择和希望。