最常见的转染方法包括阳离子脂质、高分子聚合物或脂质体，它们包裹带负电的核酸并将它们运送至细胞。转染试剂中和了基因与细胞膜之间的静电排斥，并帮助复合物突破细胞膜的物理屏障。内吞作用往往依赖于细胞表面受体对转染复合物的识别。

转染本不易

转染过程虽然原理简单，但结果往往不尽如人意。转染的优化需要密切监视整个过程，从转染方法的选择到蛋白质的表达。这一路需要考虑多个因素，包括细胞类型，核酸从内体到功能位点的转运，DNA的核转运，以及转染/蛋白表达对细胞健康的影响。

然而，大多数因素都由细胞本身来控制，而不受我们的控制。因此，我们能够掌控的只是如何将转染复合物导入细胞。作为化学转染的替代，机械方法也开始出现。这些方法包括电穿孔、显微注射、基因枪或磁性辅助转染，具体取决于细胞类型和应用。

当然，基于试剂的化学转染方法仍然是转染的主流，因为这种方法简单易行，适用于广泛的细胞类型。目前，各大公司都提供商业化的转染试剂，比如大家耳熟能详的Lipofectamine系列和Fugene系列。

“转染复合物的组成和物理性质对于成功转移基因至关重要，”Mirus Bio公司的全球销售经理Miguel Dominguez谈道。“目前非传统细胞系被普遍使用，包括原代细胞和干细胞，这些细胞可能不容易掺入转染复合物，这就强调了转染优化的重要性。”

对付难转染的细胞

机械转染方法的出现，在很大程度上是为了对付难转染的细胞。例如，OZ Biosciences的旗舰产品Magnetofection™平台，就是专为干细胞和原代细胞而开发的，如神经元、内皮细胞和小胶质细胞。

OZ Biosciences的业务经理Romuald Arnaud表示：“基因进入细胞的机制涉及到细胞表面受体，它们会抓住脂质体试剂，引发受体-复合物的相互作用和内化。容易转染的细胞上覆盖了这些受体，并具有其他必需的特征，如快速分裂，高内吞作用和高代谢活性。”

不过，干细胞和未定型的祖细胞等不成熟的细胞上缺乏这些特征。同样地，原代细胞不分裂，内化能力比较低，并且往往缺乏与转染复合物结合的能力。然而，它们却是药物发现、毒理学和基础研究中的关键模型。

转染困难户不仅仅限于不成熟细胞或原代细胞。HeLa细胞在使用化学方法转染时，也难以达到高转染效率，因为培养很久或多次转染的细胞系也可能耐受转染。“培养物年龄、汇合度和传代次数等因素造成它们难以转染，”Arnaud补充说。

Magnetofection是一种机械转染方法。它利用涂有阳离子的金属纳米颗粒，通过静电和疏水作用与核酸发生相互作用，进而将转染复合物导入细胞，而不会对细胞造成损伤。转染复合物与细胞松散地结合，但是通过培养皿下方的磁铁作用被拉到细胞表面上，并最终内化。

与基因枪等机械技术相比，Magnetofection不会给细胞膜带来损伤。“强迫内化虽然有效，但细胞死亡率极高，”Arnaud解释道。“Magnetofection让细胞在最小的应激状态下内化转染复合物，导入高水平的核酸，从而获得更多的转基因表达机会。”

Magnetofection及机械方法的另一个优势在于一致性。一旦针对基因掺入、蛋白产量等方面优化好，这些转染条件就很容易重复，帮助人们获得相同的结果。

尝试小体积转染

我们对转染方法的优化，不仅仅能够带来更高的蛋白产量和表达，也能够减少DNA和转染试剂的用量。Promega利用ViaFect™转染试剂开发出一种实验方案，能够形成更小体积的转染复合物。据介绍，对于HEK293等细胞系来说，小体积转染带来更高的转染效率，并减少试剂用量，维持细胞健康。

Promega的科学应用经理Brad Hook解释了小体积转染的好处：“在加入试剂之前，我们没有按照往常那样对DNA进行100倍的稀释，而是进行25倍的稀释，然后加入试剂并孵育。对于某些细胞系而言，如HEK293，这种方法明显提高了转染效率。对于其他细胞系，小体积转染在维持转染效率的同时减少了转染试剂的用量。”

Hook还指出，尽管转染试剂的供应商通常都提供特定细胞系的最佳转染条件，但这些数据通常仅供参考。

“为了让自己实验室的细胞达到最佳的转染效率，优化往往是必需的。每个实验室的传代次数和细胞健康状态都不同，这会影响转染效率。评估细胞健康也是至关重要的，因为转染过程所造成的毒性会明显影响下游的分析。让转染效率达到最高同时让细胞保持健康的转染条件才是理想的，”他说。