浅析非病毒载体基因转移技术的现状和展望

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基因工程技术的现状和前景发展(完整资料)

基因工程技术的现状和前景发展(完整资料)

基因工程技术的现状和前景发展(完整资料)(可以直接使用,可编辑优秀版资料,欢迎下载)基因工程技术的现状和前景发展摘要从20世纪70年代初发展起来的基因工程技术,经过30多年来的进步与发展,已成为生物技术的核心内容。

许多科学家预言,生物学将成为21世纪最重要的学科,基因工程及相关领域的产业将成为21世纪的主导产业之一。

基因工程研究和应用范围涉及农业、工业、医药、能源、环保等许多领域。

ﻫ基因工程应用于植物方面ﻫ农业领域是目前转基因技术应用最为广泛的领域之一。

农作物生物技术的目的是提高作物产量,改善品质,增强作物抗逆性、抗病虫害的能力。

基因工程在这些领域已取得了令人瞩目的成就. 由于植物病毒分子生物学的发展,植物抗病基因工程也也已全面展开。

自从发现烟草花叶病毒(TMV)的外壳蛋白基因导入烟草中,在转基因植株上明显延迟发病时间或减轻病害的症状,通过导入植物病毒外壳蛋白来提高植物抗病毒的能力,已用多种植物病毒进行了试验。

在利用基因工程手段增强植物对细菌和真菌病的抗性方面,也已取得很大进展.植物对逆境的抗性一直是植物生物学家关心的问题。

由于植物生理学家、遗传学家和分子生物学家协同作战,耐涝、耐盐碱、耐旱和耐冷的转基因作物新品种(系)也已获得成功。

植物的抗寒性对其生长发育尤为重要。

科学家发现极地的鱼体内有一些特殊蛋白可以抑制冰晶的增长,从而免受低温的冻害并正常地生活在寒冷的极地中.将这种抗冻蛋白基因从鱼基因组中分离出来,导入植物体可获得转基因植物,目前这种基因已被转入番茄和黄瓜中。

随着生活水平的提高,人们越来越关注口味、口感、营养成分、欣赏价值等品质性状。

实践证明,利用基因工程可以有效地改善植物的品质,而且越来越多的基因工程植物进入了商品化生产领域,近几年利用基因工程改良作物品质也取得了不少进展,如美国国际植物研究所的科学家们从大豆中获取蛋白质合成基因,成功地导入到马铃薯中,培育出高蛋白马铃薯品种,其蛋白质含量接近大豆,**提高了营养价值,得到了农场主及消费者的普遍欢迎。

基因工程的未来展望

基因工程的未来展望

基因工程的未来展望在科技飞速发展的当今时代,基因工程无疑是最具革命性和影响力的领域之一。

它就像一把神奇的钥匙,正在逐步开启生命奥秘的大门,为人类带来前所未有的机遇和挑战。

那么,基因工程的未来究竟会是怎样一番景象呢?基因工程在医疗领域的应用,一直是人们关注的焦点。

未来,我们有理由相信,基因治疗将成为许多疾病的常规治疗手段。

对于那些由基因突变导致的遗传性疾病,如囊性纤维化、血友病等,基因编辑技术有望直接修复患者体内的致病基因,使其恢复正常功能。

通过精确地修改基因序列,我们能够从根本上治愈这些疾病,为患者带来重生的希望。

不仅如此,癌症治疗也将因基因工程而发生重大变革。

我们知道,癌症是一种复杂的疾病,其发生和发展与多个基因的突变密切相关。

未来,科学家们将能够更深入地了解癌症的基因图谱,针对每个患者的特定基因突变制定个性化的治疗方案。

例如,利用基因编辑技术改造患者自身的免疫细胞,使其能够更有效地识别和攻击癌细胞,这就是所谓的“CART 细胞疗法”。

这种个性化的免疫治疗方法已经在一些血液癌症的治疗中取得了显著的效果,相信在未来会有更广泛的应用。

除了治疗疾病,基因工程在预防医学方面也将发挥重要作用。

通过对个体基因的检测,我们能够提前预知患某些疾病的风险,并采取相应的预防措施。

例如,如果检测发现一个人具有较高的患心脏病的基因风险,那么他可以通过调整饮食、增加运动、服用特定的药物等方式来降低发病的可能性。

这种基于基因的个性化预防策略将极大地提高人们的健康水平,延长寿命。

在农业领域,基因工程也有着广阔的发展前景。

未来,我们将看到更多经过基因改良的农作物品种。

这些农作物可能具有更高的产量、更好的品质、更强的抗病虫害能力以及对环境变化更强的适应性。

比如,通过基因编辑技术,我们可以让农作物在干旱的条件下依然能够茁壮成长,减少对水资源的依赖;或者让它们富含更多的营养成分,如维生素、矿物质等,为解决全球粮食安全和营养问题提供有力的支持。

基因治疗技术的研究现状与未来发展趋势

基因治疗技术的研究现状与未来发展趋势

基因治疗技术的研究现状与未来发展趋势随着生物技术的不断进步和发展,基因治疗技术逐渐受到了越来越多的关注和重视。

基因治疗是一种利用基因技术和遗传工程,通过改变或修复人体细胞或组织中存在的异常基因序列以达到治疗疾病的目的的方法。

在研究和应用基因治疗技术的过程中,不断出现了新的技术和新的研究成果,下面就来了解一下基因治疗技术的研究现状与未来发展趋势。

一、研究现状1、基因编辑技术的发展:基因编辑技术是指通过专门设计的核酸序列,精确剪切指定基因进行修饰或修复的技术,其中最著名和最被广泛研究的技术是CRISPR/Cas9系统。

近年来,基因编辑技术在治疗遗传病、克隆动物等方面取得了重大进展,且不断出现了新的应用。

2、基因传递技术的研究:基因传递技术是指将治疗性基因表达载体传递到目标细胞中,并使其表达所需的治疗性蛋白质的技术。

其中,腺病毒和腺相关病毒被广泛研究,目前已经用于治疗一些严重的遗传性疾病。

3、基因疗法的转化:虽然基因治疗技术在研究中取得了不错的进展,但目前仍没有一个疗法被批准用于人类的疾病治疗。

研发团队不仅需要解决科学问题,还需要面对监管法规和道德伦理等问题。

因此,将基因治疗技术的研究成果转化为规模化生产并在临床中得到成功应用,仍然是一个挑战。

二、未来发展趋势1、基因编辑技术的发展:基因编辑技术为基因治疗技术提供了基础。

随着CRISPR/Cas9基因编辑技术的不断发展和改进,基因编辑技术有望成为治疗问题性遗传病和癌症等疾病的有效手段,甚至可以预防疾病的发生。

2、用于遗传疾病治疗的基因疗法:在未来几年中,基因疗法将会获批用于治疗某些遗传疾病。

一些疾病,例如囊性纤维化和β-地中海贫血,正进行基因治疗技术的临床试验,这些试验预示着基因治疗技术在未来的实现可能性。

3、个性化医疗的发展:随着个人基因检测技术和大数据技术的不断普及和发展,个性化医疗将成为未来医学发展的一个重要方向。

基因治疗技术的研究及其应用的推广,将基因医学发展为一个根据个体基因遗传特点,量身制定治疗策略的个性化医疗手段。

基因转移技术的潜在风险与安全问题

基因转移技术的潜在风险与安全问题

基因转移技术的潜在风险与安全问题随着科技的不断发展,一些科学家开始尝试利用基因转移技术来改变生物的基因组和性状,以期改善人类的生活。

虽然这种技术在某些方面取得了重大突破,但是在使用中依然存在着潜在风险和安全问题。

本文将以基因转移技术为主题,探讨其所带来的潜在风险和安全问题。

一、基因转移技术的定义和分类基因转移技术是指将外源DNA或RNA分子引入到目标生物的细胞内,并成功表达出来,从而改变目标生物的基因组和性状。

该技术通常分为两种类型:基因治疗和转基因技术。

基因治疗是指将正常基因放入患者的细胞中,治疗遗传性疾病或其他严重疾病。

而转基因技术则是将一种外源基因转移到另一物种的染色体上,改变受体物种的性状,以期改善人类的生活。

二、基因转移技术的潜在风险与安全问题尽管基因转移技术被许多科学家认为是一个未来充满希望的技术,但是它也存在着一些潜在风险和安全问题。

1、安全性问题基因转移技术的安全性问题是其发展的制约之一。

对于基因治疗,一旦治疗不当,它可能会导致遗传物质的传递、免疫上的副作用、病毒感染等问题,并且可能带来额外的风险,如患者遗传疾病的恶化等。

对于转基因物种,传统的选择育种方法可能无法对转基因物种的产生影响,而且一旦逃逸到环境中,还可能影响食品安全和生态平衡。

2、使用不当风险使用不当是另一个基因转移技术面临的风险。

基因治疗必须选择适当的患者,否则,患者可能会感染病毒,患病或伤害患者的细胞,甚至导致患者的死亡。

在转基因物种的情况下,由于人为干预,导致转基因物种的长期生存率上升,进而对生态系统造成更长期的影响。

三、基因转移技术的未来前景尽管基因转移技术面临的问题是严重的,但随着科技的不断进步,这些问题将逐渐得到解决。

例如,通过增加控制车载基因表达的技术,基因转移技术将变得更加安全,并且随着这方面的技术成熟,也将进一步推动基因转移技术的应用。

此外,逐渐完善的风险评估体系也将为基因转移技术的发展提供保障,并提高其安全性。

CRISPR技术的进展与未来展望

CRISPR技术的进展与未来展望

CRISPR技术的进展与未来展望近年来,CRISPR技术成为了生命科学领域的热点话题。

CRISPR是一种基因编辑技术,能够精确地改变DNA序列。

它的诞生标志着生命科学领域的一个巨大飞跃,对疾病治疗、新药开发等有着深远的影响。

本文将探讨CRISPR技术的进展与未来展望。

一、CRISPR技术的背景CRISPR技术源于自然界中细菌免疫系统的一种特殊机制,可将外来病毒基因特异性地剪切并摧毁。

如何将这一机制应用到人类基因领域,则是CRISPR首要面临的问题。

许多科学家在CRISPR上投入了大量时间和精力,致力于寻找新的方法和实践,以便能更好地应用CRISPR技术。

人们解锁了生命科学的新奥秘,启动了新的基因编辑革命的源头。

二、CRISPR技术的进展CRISPR技术的进展无处不在。

截至目前,全球已经有超过50个国家和地区的400多家学术机构和企业,开展了与CRISPR相关的科研工作。

下面,将从四个方面进行具体阐述。

1、基因诊断CRISPR技术可用于诊断基因突变等人类基因缺陷。

科研人员可以通过不到10美元的成本检测千兆碱基,并对其进行编辑。

CRISPR技术在基因诊断领域可谓是一个巨大的进展,有望缩短疾病的初期诊断时间。

2、基因治疗基因治疗是指通过基因编辑技术,对特定基因进行修正或加工,从而治疗一系列人类疾病。

CRISPR技术的出现使得基因治疗成为可能。

一些重大的疾病,比如癌症,可以被CRISPR技术治愈。

3、农业科技CRISPR技术在农业科技领域也有着有捷径的应用。

通过改变植物的基因,可以使其生长更快更健康,从而提高农业产量。

这对解决全球日趋严重的食品短缺问题是非常重要的。

4、新药开发新药的开发需要花费巨额的时间和成本。

CRISPR技术的出现为新药的开发带来了新的思考方式。

CRISPR技术可以帮助科学家更好地理解疾病发病机理,从而研发出更安全有效的药物。

三、CRISPR技术的未来展望CRISPR技术创造了一种全新的生命科学生态系统。

转基因研究的现状及发展

转基因研究的现状及发展

转基因研究的现状及发展转基因作物是当今世界各国现代生物技术产业研究的热点,中国的转基因生物技术发展一、我国转基因作物的发展现状迅速,由于科学界对转基因作物对人类及生态环世界上最早的转基因作物诞生于年,是一境利与弊的争论,措政府应制定相应的政策、施对到种含有抗生素药类抗体的烟草。

世纪年代,其进行安全管理。

本文论述了转基因作物在国际农业生物技术已逐渐成为各国现代生物技术产业研国内的发展现状,分析了转基因作物对人类及生态环境的利与弊以及关于我国转基因作物安全管究的热点。

转基因技术的应用1.在畜牧兽医中的应用应用于动物抗病育种转基因技术可以用于动物抗病育种,通过克隆特定基因组中的某些编码片段,对之加以一定形式的修饰以后转入畜禽基因组,如果转基因在宿主基因组能得以表达,那么畜禽对该种病毒的感染应具有一定的抵抗能力,或者应能够减轻该种病毒侵染时对机体带来的危害。

(其用于遗传育种,不仅可以加速改良的进程,使选择的效率提高,改良的机会增多,并且不会受到有性繁殖的限制。

)例如Clements等将绵羊髓鞘脱落病毒的表壳蛋白基因转入绵羊,获得的转基因动物抗病力明显提高;丘才良把一种寒带比目鱼抗冻基因成功地转移到大西洋鲑中,为提高某些鱼类的抗寒能力做了积极的尝试。

2.在医学领域中的应用用于生产药用蛋白用转基因动物的乳腺生产重组蛋白(乳腺生物反应器)可能是转基因动物的最大应用,这也是世界范围内转基因研究的热点之一。

Swamdom (1992)用β-球蛋白的4个核酸酶I的高敏位点与人的两个基因相连,融合基因产生的转基因猪与鼠的原型相似。

目前,把转基因动物当作生物反应器来生产药用蛋白已经受到国际社会的极大关注,不仅各国政府投资,一些私人集团也不惜投入大量资金加以研究和开发。

3.转基因的应用存在的问题及展望(1)转基因表达水平低,许多转基因的表达强烈地位受着其宿主染色体上整合位点的影响,往往出现异位表达和个体发育不适宜阶段表达,影响转基因表达能力或基因表达的组织特异性,从而使大部分转基因表达水平极低,极少部分基因表达水平过高。

基因工程技术发展现状

基因工程技术发展现状基因工程技术,这个话题一提起来,哎,真是让人觉得既神奇又有点可怕。

想象一下,科学家们可以动手去改造我们的基因,简直就像是在玩拼图游戏。

不过,这个拼图可不是普通的,而是关系到生命的那种。

谁能想到,细胞里面的那点小东西竟然能决定一个人是高是矮,还是喜欢吃巧克力呢?真是神奇,简直让人感到生活就像科幻小说一样。

如今,基因工程技术已经走过了不少的弯路。

以前大家可能觉得这个东西很遥远,像电影里的情节,只有在实验室里才能见到。

可是现在,基因编辑技术已经变得越来越普及,甚至有些时候感觉像是在做菜,随便加点调料就能改出不同的风味。

这其中,CRISPRCas9就像是科技界的明星,简直是基因编辑的“瑞士军刀”。

想想看,科学家们只需要用它来“剪切”特定的DNA片段,然后“粘贴”新的部分,就能实现很多以前想都不敢想的事情。

不过,话说回来,这玩意儿真的是把“双刃剑”体现得淋漓尽致。

有些人认为基因工程是人类进步的象征,能够帮助我们消灭遗传病、提高作物产量、甚至让人类更健康更长寿。

想象一下,以后可能吃的每一口饭都能保证没有农药,没有基因突变,健康得像个牛人。

而另一方面,也有些人担心这技术会被滥用,变成了基因改造的“黑科技”,比如说,有钱人可以选择自己的孩子基因,让他们生下来就是学霸,简直就像是在玩“真人模拟人生”一样。

再说说基因工程在农业上的应用吧,真是让人眼前一亮。

农民们用基因工程种出的作物,抗虫害、耐旱,这样一来,大家就不怕天灾了,丰收的日子就像过年一样。

这些作物的营养成分也可能更高,简直是给我们的饮食结构来了个大升级。

可见,基因工程真是把“科技兴农”这一理念给演绎得淋漓尽致。

除了农业,医疗领域也在悄悄发生着变化。

基因疗法的出现,给那些罹患罕见病的人们带来了新的希望。

比如,有些病是因为基因缺陷造成的,现在通过基因编辑技术,医生们甚至能把那些“坏”基因给修复掉。

这就好比汽车的修理工,把零件换掉,车子又能跑了。

转基因技术发展现状及未来趋势分析

转基因技术发展现状及未来趋势分析转基因技术是一种在生物学领域中重要而有争议的技术。

它通过将外源基因导入目标生物体中,改变其遗传组成,从而获得特定的性状或增强其某些功能。

随着科技的发展和人类对食品安全、环境保护等问题的关注,转基因技术在农业、医药等领域中得到广泛应用。

转基因技术在农业领域中的应用已经取得了一系列重大突破。

通过转基因技术改良的作物品种,可以提高抗病虫害能力、提高产量以及改良农产品质量。

例如,转基因玉米、大豆和棉花等作物品种的广泛种植,显著减少了对农业化学农药的需求,同时提高了收成。

转基因技术还可以改良食品的口感、保鲜性和营养价值,为人类提供更加健康和丰富的食品。

然而,转基因技术在农业领域中也面临着一些挑战。

首先,一些人担心转基因作物对生态环境的潜在影响,包括对自然界中的植物和动物的影响以及对生态平衡的破坏。

其次,转基因食品也引起了一些人对健康和食品安全的担忧。

虽然现有研究表明转基因食品不会对人体造成直接危害,但对其食用长期影响的研究仍在进行中。

此外,转基因技术的专利保护和商业化应用也引发了一些伦理和法律问题。

随着转基因技术的不断发展,未来的趋势将呈现以下几个方面。

首先,转基因技术将更加精确和高效。

现有的转基因技术主要依靠将外源基因整体导入生物体中,但未来将趋向基因组编辑和精准修改,可以实现单个基因的精确修饰,从而达到更好的遗传改良效果。

例如,CRISPR-Cas9技术的出现使基因组编辑更加简单和便捷。

其次,转基因技术将更广泛地应用于医药领域。

转基因技术在医学上的应用前景广阔,包括基因治疗、疫苗研发和药物生产等方面。

通过转基因技术,科学家可以研发出针对特定疾病的个体化治疗方法,并提高药物的疗效和安全性。

例如,已经有多种基因治疗药物成功进入市场,并在某些疾病的治疗中取得了显著效果。

第三,转基因技术在环境保护和可持续发展领域也将发挥更重要的作用。

转基因技术可以应用于改良抗旱、抗盐和抗虫的植物品种,从而提高农作物在恶劣环境下的耐受能力,减少对水资源的依赖以及对环境的污染。

基因工程的发展现状与未来趋势分析

基因工程的发展现状与未来趋势分析基因工程是一门迅速发展的科学领域,它涉及到修改和操纵生物体的基因,以改变其性状和功能。

基因工程技术的应用范围广泛,涵盖了医药、农业、工业等多个领域,对人类社会的发展产生了广泛的影响。

一、基因工程在医药领域的应用基因工程技术在医药领域的应用已经取得了巨大的突破。

通过基因工程技术,科学家们成功地克隆了多个重要的人类基因,并将其用于制药工业。

比如,通过基因工程技术,人类重组胰岛素的生产已经成为可能。

传统的胰岛素来源于猪或牛的胰腺,但容易引起过敏反应。

而通过基因工程技术,人类胰岛素可以在大肠杆菌等微生物中合成,具有高纯度且无过敏反应的优势。

此外,基因工程技术还被应用于研发抗癌药物、疫苗等领域。

未来,基因工程技术在医药领域的应用将更加广泛。

随着基因测序技术的快速发展,人类对个体基因组的理解将更深入。

这将使得个体化医疗成为可能,基于患者基因型的个体化药物设计和治疗方案将迎来突破。

此外,基因编辑技术的快速发展也为遗传病的治疗提供了新的方式。

CRISPR基因编辑技术的问世,使得人们对基因的编辑能力有了突破性的提升,将为基因治疗提供更多可能性。

二、基因工程在农业领域的应用基因工程在农业领域的应用也取得了巨大进展。

通过基因工程技术,科学家们成功地开发出了多个转基因作物,如转基因水稻、转基因玉米等。

这些转基因作物具有抗虫、抗病、耐旱等性状,有助于提高产量和改善农作物的品质。

此外,基因工程技术还被应用于改良农作物的养分含量,例如提高谷物中的维生素含量。

未来,基因工程技术在农业领域的应用将进一步扩展。

随着全球人口的增长和资源的有限性,农业生产需要更高效、更可持续的方式。

基因工程技术将为农作物育种提供新的手段,创造更多的改良品种。

例如,基因编辑技术的应用将帮助科学家们更精准地进行基因组编辑,加速育种过程。

此外,基因工程技术还有望应用于农作物的抗逆性改良,使作物能够更好地适应气候变化等恶劣环境。

基因工程技术的发展现状与未来趋势

基因工程技术的发展现状与未来趋势近年来,基因工程技术取得了飞速的发展,为人类社会带来了许多惊人的科学成果和医学突破。

基因工程技术作为一种改变生物体基因组的手段,不仅改变了生物科学的面貌,也给医学、农业、环境保护等领域带来了新的希望。

本文将探讨基因工程技术的现状及其未来趋势。

首先,基因工程技术在医学领域有着巨大的潜力。

通过基因编辑技术,可以对人体的基因进行定向修改,从而纠正遗传性疾病。

近年来,CRISPR-Cas9技术的出现使得基因编辑变得更加简单和高效。

例如,科学家们利用CRISPR-Cas9成功地修改了人类胚胎基因,消除了导致某些遗传疾病的基因突变。

这个突破引发了社会对基因编辑在人类身体中使用的伦理和法律问题的关注,但也为基因治疗提供了新的可能性。

此外,基因工程技术在农业领域也有着重要的应用前景。

通过基因改造,科学家们可以提高作物的耐病性、抗虫性和适应性,从而提高农作物的生产力和质量。

例如,转基因大豆经过基因改造,可以抵抗草害、减少化肥的使用,并提高产量。

然而,转基因作物也引发了一系列争议,人们对其可能对环境和食物安全带来的潜在风险持有不同观点。

因此,未来的发展需要科学家们与公众进行更加深入的沟通与协商。

此外,基因工程技术在环境保护方面也有着巨大的潜力。

通过改变微生物的基因组,科学家们可以开发出具有生物降解能力的微生物,用于处理工业废水、油污染等环境问题。

此外,基因工程还可以用于保护濒危物种。

目前,科学家们正致力于利用基因编辑技术来拯救濒危的北方白犀牛种群,这将为野生动物保护树立新的典范。

然而,尽管基因工程技术展现出了巨大的潜力,但同时也伴随着一些挑战和问题。

首先,技术的安全性和可操作性仍然是一个重要的问题。

尽管基因编辑技术已经取得了巨大的进展,但其精确性和有效性仍需要进一步提高。

此外,基因工程技术的应用涉及许多伦理和法律问题,例如,在人类身体中使用基因编辑技术是否符合伦理和法律的规范。

因此,未来的发展需要科学家、政府机构和公众共同努力来制定相关的规范和政策。

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浅析非病毒载体基因转移技术的现状和展望摘要:目前基因治疗已经成为科学家治疗多种难治性疾病的一种新手段,基因导入技术是基因治疗的核心也是最基本的技术。

目前研究较多的基因导入技术共分为两大类:一,病毒载体基因导入法;二,非病毒载体基因导入法。

前者转染效率高,但存在安全性和免疫原性等问题。

因此,近年来人们对非病毒类载体系统给予了更多的关注。

关键词:非病毒载体基因转移技术现状和展望非病毒载体基因转移方法又分为物理方法和化学方法。

物理方法如:注射法、基因枪法、电穿孔法、超声波法等都是借助物理力量穿透细胞膜达到基因转移的目的;化学方法则是借助天然的或者人工合成的化合物辅助完成基因转移。

尽管近年来在非病毒基因转移领域中取得了显著成效,但总体而言,非病毒载体相对于病毒载体来说转移基因的效率要低,在体内的基因转移尤其如此。

现在把目前较常用的非病毒载体基因转移方法的优势和局限综述如下。

1 物理方法就是基于物理力量造成细胞膜的瞬间缺损,从而使质粒DNA进入细胞内的方法。

如基因枪法、电穿孔法、超声波法等,还有近年来发现的激光相关辅助方法。

注射法直接将质粒DNA注射入组织细胞中达到基因转移的目的。

有学者成功地将裸露的质粒DNA注射入肌肉、肝脏、皮肤等组织,但基因表达水平较低。

注射法中,细胞表面的某些受体起了一定的作用,它们能够特异或者非特异性地结合DNA并且介导DNA的内吞,但这些受体的详细作用机制不甚清楚。

由于注射法有其独特优点如:方法简单,不需特殊试剂且毒性低而受到欢迎。

此外,借助显微操作系统进行的显微注射法是目前国际上公认的制备转基因和基因剔除动物模型的首选。

基因枪法基因枪法是一种全新的基因导入技术,它以压缩气体(氦或氮)转换成的气体冲击波为动力,把附着于高速微弹上的DNA直接射入细胞、组织和细胞器,基因枪导入的基因被证明可在广泛类型的细胞中得到瞬时的、高效率的表达。

基因枪法是皮肤、黏膜以及手术局部暴露组织较理想的基因转移方法,因而基因枪被认为是将来DNA疫苗的良好免疫工具。

但是基因枪法用于基因治疗还需要进一步改进,如通过对微弹颗粒表面结构的改良使其可以结合更多的DNA或者使结合更紧密;通过对气体冲击波压力的调节来调控微弹的运动轨迹等。

电穿孔法通过短暂的高强度的电场作用,瞬时提高细胞膜的通透性,从而将周围介质中的外源核酸分子导入细胞内。

电穿孔法是一种既可以用于体外也可以用于体内的基因转移方法。

理论上任何可以插入两个电极的组织器官都可以用电穿孔法导入外源基因,然而目前体内用电穿孔法导入基因主要用于皮肤和肌肉组织。

100KD的DNA被报道可以利用电穿孔的方法成功导入肌肉组织中。

电穿孔导入的外源基因也有被报道长期稳定表达超过1年时间。

本课题组前期工作中利用电穿孔法将质粒导入白血病细胞株K562中后,经过筛选培养,最终表达绿色荧光的细胞高达90%以上,稳定表达时间在半年以上。

该方法转移基因时,DNA 的浓度以及DNA在组织中的分布对电穿孔的效率至关重要。

用电穿孔法进行体内基因导入时存在如下局限:①两个电极的距离不能超过1cm,这样就很难实现大面积的细胞同时基因转移;②如果是内脏的基因导入,必须借助外科手术放置电极,损伤较大;③该法所用的电压较高,容易导致局部组织细胞被电灼伤。

此外,较高电压作用于细胞后可能会影响细胞自身基因组DNA的稳定性。

以上局限性有望通过对电极的优化及电场强度的调节而减少到最低。

值得一提的是现在出现了类似于传统电穿孔法的细胞核转染法,借助细胞核转染仪,采用独特的电场参数与细胞类型特异性的转染溶液相结合的方法,将细胞转染效率大大的提高,而细胞的死亡率则大大的降低。

转染条件对于不同的细胞不需要摸索和优化,而且绝大多数细胞被转染后4h就可以见到转染基因的表达。

超声波法超声波在医学领域分为诊断性超声和治疗性超声。

治疗性超声常用于组织深部加热、缓解局部疼痛和促进炎症吸收等。

超声在一定的波长和强度下能增加血管和细胞膜的通透性,尤其有利于全身用药和转基因时药物和DNA在局部组织细胞的定位。

超声波法比单纯DNA注射法的基因转移效率要高10~20倍。

该法用于基因转移的效率受诸多因素影响:如超声波的频率、强度和作用时间以及所用质粒DNA的量等。

此外,由于造影剂在超声波作用下变为迅速扩张和缩小的含气泡沫,从而在局部产生波动,使临近细胞膜通透性瞬间增加,所以造影剂的使用可以增加超声波的基因转移效率。

与电穿孔不同,超声波作用后细胞膜出现微孔,基因通过自由扩散的方式通过微孔进入细胞,因而质粒DNA的大小及浓度对基因转移效率影响较大。

超声波用于体内组织器官基因导入的优势在于其为一种无创的基因转移方法。

然而到目前为止,超声波用于基因转移的主要局限在于其效率较低。

2 化学方法目前非病毒载体基因转移方法中研究最热门的还是阳离子脂质体和阳离子聚合物介导的基因转移,携带目的基因的阳离子脂质体或聚合物通过细胞吞噬或吞饮作用进入靶细胞中,一部分目的基因将在胞浆中被释放出来并转移入细胞核发挥作用。

阳离子脂质体介导的基因转移自从Felgner等科学家于1987年首次发现脂质体具有转移基因的作用后,大量的阳离子脂质体被改良后用于基因的转移。

这些脂质体主要区别在于它们所带电荷及细微结构的不同。

尽管有部分脂质单独就可以形成囊泡发挥较好的基因转移作用,但很多阳离子脂质需要磷脂或者胆固醇辅助作用下才能形成脂质体囊泡。

当把目的DNA与这种脂质体混合后,DNA就会浓缩并与之形成较稳定的脂质体DNA复合物(lipoplex)。

由于脂质体具有类似生物膜的性质,因此当脂质体DNA复合物与细胞膜接触后,通过胞吞作用而进入胞内。

如今不断改良的阳离子脂质体试剂在稳定转染、瞬时转染以及难以转染的细胞系应用中都表现出超乎寻常的效果。

此外,脂质体没有免疫原性,细胞毒性小,而且也易于制备,因此阳离子脂质体已成为现今用于基因转移的最常用方法之一。

为了达到特异性基因转移的目的,科学家们相继开发了免疫脂质体和配体脂质体。

免疫脂质体或配体脂质体的靶向技术是通过将脂质体与单克隆抗体或配体共价结合成免疫脂质体或配体脂质体,借助抗体或配体与靶细胞表面抗原或受体的特异结合的作用,达到特异性基因转移目的。

该脂质体具有制备工艺简便、无毒、无免疫原性及可被生物膜利用的特点,是现阶段抗体靶向治疗的研究热点。

阳离子聚合物介导的基因转移人工合成或者天然形成的阳离子聚合物是另外一种已经被广泛用于基因转移的物质。

阳离子聚合物是一种新型的非病毒类基因传递系统,在基因治疗领域中有广阔的应用前景。

多聚赖氨酸是第一个被用于体内基因转移的阳离子聚合物,此后越来越多的线状或分枝状的阳离子聚合物被用于体内外的基因转移。

其中主要包括人工合成的如聚乙烯亚胺(polyethyleneimine,PEI)、聚甲基丙烯酸(polymethacrylate,PMA);多糖类的如葡聚糖精胺阳离子聚合物mine polycation,DSP);氨基酸的聚合物如聚左旋赖氨酸(PLL)等。

阳离子聚合物与DNA形成的复合物(polyplexes)完全是借助于简单的静电作用,而前面介绍的阳离子脂质体与DNA形成的复合物(lipoplexes)除静电作用外,还包括磷脂分子间的疏水作用以及其它的引力和斥力。

因此polyplexes比lipoplexes具有更大的可变性,表现在可以通过对阳离子聚合物的结构修饰来改变它的理化性质、提高转染效率、增加稳定性和靶向释放。

尽管大多数阳离子聚合物介导基因转移的过程相似,如都可以压缩DNA,使裸露的DNA的流体动力学半径由原来的几百个纳米减少到几十个纳米,压缩后的DNA能抵抗核酸酶的水解,也有利于细胞的内吞;其次大多数阳离子聚合物都可以通过与细胞表面的负电荷结合从而促进细胞对DNA的内吞等,但是不同的阳离子聚合物转移基因的效率和毒性作用有很大不同。

就转移效率而言,PEI是功能最强的同时也是研究最多的一种阳离子聚合物。

Jean Paul Behr 的研究小组首先把PEI用于基因转移,无论是线性还是分枝状PEI介导体外基因转移的效率都很高,但是体内基因转移效率要低一些。

很多因素都会影响到PEI的转移效率,如DNA与PEI的比例、DNA和PEI的浓度、PEI的分子量和空间构象、基因转移时所用试剂的离子强度等。

PEI用于基因转移的一个主要局限在于它具备一定的细胞毒性。

由于PEI不易在细胞内降解,因此它容易在细胞内堆积影响细胞的功能,而且PEI分子量越大,细胞毒性也越大。

于是有科学家将PEI进行改良,将多个低分子量的PEI用可被生物降解的二硫键连接成寡聚体,其转移效率与25K的PEI相当,但是细胞毒性要小得多[11]。

近年来,阳离子多肽是基因转移研究中的热点。

例如来源于精蛋白的一段富精氨酸多肽的基因转移效率与PEI相当[12]。

而来源于组蛋白H1,H2A的富赖氨酸多肽也可以用于基因转移,很多短肽被实验证明有转移基因的作用,但是它们介导基因转移的确切机理还不是很清楚。

阳离子聚合物用于基因转移还有很多方面需要完善:如向聚合物中加入一些活性基序来增强其穿透细胞膜的功能,通过加入核定位信号增加其向细胞核中转移基因的能力等。

脂质体聚合物法近年,有科学家将脂质体和阳离子聚合物同时用于一个基因转移体系。

先利用阳离子聚合物将DNA进行浓缩,然后将浓缩后的DNA用脂质体包被,借助脂质体与细胞膜的融合作用将DNA导入细胞内。

这种脂质体聚合物法被证明比单纯脂质体法转移效率要高[13]。

当把阴离子脂质体加入到阳离子聚合物复合物中后,脂质体膜结构会发生重排,最终形成的脂质体聚合物复合物,该复合物表面包绕的是阴离子脂质。

当把这种复合物导入细胞中时,能够有效地避免因该复合物与细胞表面电荷作用而发生的非特异性的基因转移。

所以当其用于受体介导的基因转移时,能够大大增强基因转移的特异性。

综上所述,电穿孔法、超声波法、阳离子脂质体法和阳离子聚合物法是近20年中研究及应用较多的非病毒基因转移方法。

各种方法均有其优势与局限,注射法操作简单、安全,但是效率低,电穿孔法基因转移效率高,但是用于组织内时需手术,脂质体法体外效率高,但是在体内可以引起免疫反应,阳离子聚合物法效率虽高,但有一定细胞毒性。

(表1)表1 常见的非病毒载体基因转移方法的优势与局限【参考文献】Zhang G,Vargo D,Budker V,et of naked plasmid DNA injected into the afferent and efferent vessels of rodent and dog livers[J].Hum Gene Ther,1997,8:1763Choate KA,Khavari cutaneous gene delivery in a human genetic skin disease[J].Hum Gene Ther,1997,8:1659’Aiuto L,et vitro and in vivo delivery ofon of different methods[J].J Gene Med,20XX,6:195 Molnar MJ,Gilbert R,Lu Y,et influencing the efficacy,longevity,andmouse muscles[J].Mol Ther,20XX,10:447王强,刘红云,沈关心.绿色荧光蛋白白血病鸡胚模型的构建[J].华中医学杂志,20XX,1,67Dauty E,Remy JS,Zuber G,et delivery of nanometric DNA particles via the folate receptor[J].Bioconjug Chem,20XX,13:831Boussif O,Lezoualch F,Zanta MA,et versatile vector for gene and oligonucleotide transfer into cells in culture and in vivo:polyethylenimine[J].Proc Natl Acad Sci USA,1995,92:7297Hosseinkhani H,Azzam T,Tabata Y,et polycation:an effi cient nonviral vector for in vitro and in vivo gene transfection[J].GeneTher,20XX,11:194Kabanov polycation gene delivery systems from in vitro to invivo[J].PSTT,1999,2(9):365[11]Forrest ML,Koerber JT,Pack degradable polyethylenimine derivative with low toxicity for highly effi cient gene delivery[J].Bioconjug Chem,20XX,14:934[12]Park YJ,Liang JF,Ko KS,et molecular weight protamine as an effi cient and nontoxic gene carrier:in vitro study[J].J Gene Med,20XX,5:700 [13]Sorgi FL,Bhattacharyagene transfer[J].Gene Ther,1997,4:961论文在线 :s://。

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