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基因转染和实验设计原则

来源:生物谷  2007/3/18 20:18:00   访问量:8585
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磷酸钙-DNA共沉淀法
核酸以磷酸钙-DNA共沉淀物的形式出现时,可使DNA附在细胞表面,利于细胞吞入摄取,或通过细胞膜脂相收缩时裂开的空隙进入细胞内,进入细胞的DNA仅有1%~5%可以进入细胞核中,其中仅有不到1%的DNA可以与细胞DNA整合,在细胞中进行稳定表达,基因转导的频率大约为10-4,这项技术能用于任何DNA导入哺乳类动物进行暂时性表达或长期转化的研究。此方法对于贴壁细胞转染是最常用并首选的方法。
1、配液
(1)2×HBS 1.63g NaCl
1.19g Hepes
0.023g Na2PO4、2H2O
加水至100ml pH7.1过滤,4℃保存
(2)2mmol/L CaCl2 过滤除菌
(3)TE:0.1mmol/L EDTA
1mmol/L Tris-HCL PH8.0
(4)G418(新霉素G418)液:1g G418溶于1mmol/L Hepes液中,加H2O至10mL过滤除菌4℃保存。
(5)G418选择培养基:用含10%胎牛血清的DMEM培养液配制G418,G418浓度为200~ 800mg/L
注意:对受体细胞先做预试验,选用浓度为在10~14天内能杀死细胞50%以上的最低浓度。
2、操作步骤[方法一]:
(1)供体DNA制备:方法按前介绍的DNA提取法提取,溶于TE中,40mg/L。
(2)受体细胞的培养:研究癌基因转移应选择不含人类Alu序列的动物细胞系作为受体细胞。如小鼠NIH3T3胚成纤维细胞系等,该细胞有一定自发转化倾向,一般在转染前一天接种细胞,接种密度为2×104/cm2,用含10%胎牛血清的DMEM液,37℃、5%CO2培养,待细胞占50~70%瓶底面积时,用于转染试验。
(3)DNA-磷酸钙沉淀物的制备
①将供体细胞DNA和PSV2-neo质粒载体DNA用TE配制成40mg/L的DNA溶液,同时向供体细胞DNA液200μl中加入带基因neo质粒DNA液(20mg/L)220μl和2×HBS 250μl(PSV2-neo为1~2mg/L的使用量)。
②取500μl上述DNA溶液加入硅化试管中,缓慢加入3.1ml、2mol/L CaCl2混匀30秒。
③然后立即混旋,室温下静置30分钟,待溶液轻度混浊后,吹打后即用于转染受体细胞。
(4)转染受体细胞
①将处于对数生长期已占瓶底50~70%的受体细胞,在转染前4小时更换一次新鲜培养基,每瓶5ml(25ml培养瓶)。
②吸取0.5mLDNA-磷酸钙沉淀,加入含5mL培养液的细胞瓶中摇匀。
③置37℃ 5% CO2培养24h或更长,使细胞充分吸入DNA-磷酸钙结晶颗粒。
④更换新鲜培养基,继续培养24小时,诱导转染基因的表达。
⑤更换浓度800mg/L的G418选择培养液进行筛选。同时设有未能转染的对照细胞。
⑥培养大约3~5天,对照细胞大部分死亡,这时转染细胞更换浓度为200mg/L的G418选择培养基,每3~4天更换一次选择培养基。
⑦2周后对照细胞死亡,在转染的细胞瓶中可见有抗药性的细胞克隆出现,待其增大后再进行克隆化和扩大培养,可建立转化细胞株,并做进一步鉴定。
本实验要加入PSV2-neo、DNA与外源DNA共转染受体细胞,这样可使受体细胞获得新霉素(neo)基因的抗药性,这样即使癌基因没有出现明显的“转化灶”,也可测出转入的外源性基因的抗neo的标记。而且还可利用被neo基因导入的受体细胞通过G418选择培养筛选转化的细胞建立细胞株。若以获取“转化灶”为目的,可不加入PSV2-neo DNA只需将从癌细胞中提取的基因组DNA导入受体细胞即可,其方法如下:
3、基因组DNA转染[方法二]:
(1)配制磷酸转染液
NaCl 8.0g
Hepes 5.0g 用时现配,pH很重要一定要控制在6.95±0.65
Na2HPO4 0.099g 消毒灭菌 -20℃贮存备用
加温水至 1000mL
(2)按前面介绍的方法提取癌细胞基因组DNA。
(3)取供体基因组DNA50~100μg,加3M NaCl或醋酸钠,使最终浓度至0.3M混匀。
(4)再加2倍体积无水乙醇3000r/min离心10分钟,去上清。
(5)加入转染缓冲液,待DNA充分溶解后,再加入2.5MCaCl2,含最终浓度为125mM,用吸管轻轻吹打三次(不用搅拌器以防DNA袢结),置室温下10~30分钟,待液体透明度降低,出现微浊兰色时,即可用于转染细胞。
(6)取生长状态良好处于半汇合阶段的对数生长期细胞,在转染前4小时,更换培养液(5ml/瓶)1次。
(7)转染:向每瓶中加DNA-磷酸钙沉淀物0.5~1mL/瓶,置37℃作用4~6小时。
(8)培养:弃去培养液,用15%甘油处理3分钟,无血清培养漂洗1次,接近汇合时血清用量降至5%,培养2~3周。
(9)检测:逐日观察,待出现“转化灶”后,克隆分离,扩大培养建立转化细胞株。
脂质体介导DNA转染法
脂质体(lipofectin regeant,LR)试剂是阳离子脂质体N-[1-2,3-Dioleyoxy, Propyl]-n, n,n-Trimethylammonium Chloride(DOTMA)和Dioleoyl photidye-thanolamine(DOPE)的混合物[1:1(w/w)]。它适用于把DNA转染入悬浮或贴壁培养细胞中,是目前条件下最方便的转染方法之一。转染率高,优于磷酸钙法,比它高5~100倍,能把DNA和RNA转染到各种细胞。
用LR进行转染时,首先需优化转染条件,应找出该批LR对转染某一特定细胞适合的用量、作用时间等,对每批LR都要做:第一,先要固定一个DNA的量和DNA/LR混合物与细胞相互作用的时间,DNA可从1~5μg和孵育时间6小时开始,按这两个参数绘出相应LR需用量的曲线,再选用LR和DNA两者最佳的剂量,确定出转染时间(2~24小时)。因LR对细胞有一定的毒性,转染时间以不超过24小时为宜。
细胞种类:COS-7、BHK、NIH3T3、Hela和Jurkat等任何一种细胞均可作为受体细胞。
1、操作步骤[方法一]:
(1)细胞培养:取6孔培养板(或用35mm培养皿),向每孔中加入2mL含1~2×105个细胞培养液,37℃CO2培养至40%~60%汇合时(汇合过分,转染后不利筛选细胞)。
(2)转染液制备:在聚苯乙稀管中制备以下两液(为转染每一个孔细胞所用的量)A液:用不含血清培养基稀释1-10μg DNA,终量100μL,B液:用不含血清培养基稀释2-50μgLR,终量100μL,轻轻混合A、B液,室温中置10-15分钟,稍后会出现微浊现象,但并不妨碍转染(如出现沉淀可能因LR或DNA浓度过高所致,应酌情减量)。
(3)转染准备:用2mL不含血清培养液漂洗两次,再加入1mL不含血清培养液。
(4)转染:把A/B复合物缓缓加入培养液中,摇匀,37℃温箱置6~24小时,吸除无血清转染液,换入正常培养液继续培养。
(5)其余处理如观察、筛选、检测等与其它转染法相同。
注意:转染时切勿加血清,血清对转染效率有很大影响。
2、快速脂质体转染法操作步骤如下[方法二]:
(1)以5×105细胞/孔接种6孔板(或35mm培养皿)培养24小时,使其达到50~60%板底面积。
(2)在试管中配制DNA/脂质体复合物方法如下:
①在1mL无血清DMEM中稀释PSV2-neo质粒DNA或供体DNA。
②旋转1秒钟,再加入脂质体悬液,旋转。
③室温下放置5~10分钟,使DNA结合在脂质体上。
(3)弃去细胞中的旧液,用1mL无血清DMEM洗细胞一次后弃去,向每孔中直接加入1mL DNA/脂质体复合物,37℃培养3~5小时。
(4)再于每孔中加入20%FCS的DMEM,继续培养14~24小时,
(5)吸出DMEM/DNA/脂质体混合物加入新鲜10%FCS的DMEM,2mL/孔,再培养24~48小时。
(6)用细胞刮或消化法收集细胞,以备分析鉴定。
稳定的脂质体转染方法如下:
(1)接种细胞同前,细胞长至50%板底面积可用于转染。
(2)DNA/脂质体复合物制备转染细胞同前(2)、(3)步骤。
(3)在每孔中加入1mL、20%FCS的DMEM,37℃培养48小时。
(4)吸出DMEM,用G418选择培养液稀释细胞,使细胞生长一定时间,筛选转染克隆,方法参照细胞克隆筛选法进行。
DEAE-葡聚糖转染法
DEAE-葡聚糖介导的转染,其原理还不清楚,可能是通过内吞噬作用而使DNA转导进入细胞核,此法只适合暂时转染实验,转染效率与DEAE-葡聚糖浓度以及细胞与DNA/DEAE-葡聚糖混合液接触时间的长短很有关系,可采用较高浓度的DEAE-葡聚糖(1g/L)作用较短时间(30分钟-1.5小时),又可用较低浓度(250g/L)的DEAE-葡聚糖作用较长时间(8小时)。
方法如下:
(1)接种鼠L成纤维细胞浓度为5×105CO2/孔/皿生长2~3天,当达50%板底面积可用。
(2)乙醇沉淀的4μg的PSV2-neo质粒DNA,空气干燥后溶于40μL的TE中,或取供体DNA。
(3)用10ml 1×PBS、4mL、10%富合生长因子血清的DMEM洗板(皿)。
(4)在80μl热的10g/L DEAE-葡聚糖中缓慢加入DNA,取120μL DNA/DEAE-葡聚糖加到每孔(皿)细胞中,使其分布均匀轻轻转动直到显示均匀一致的红色,培养4小时。
(5)从孔(皿)中吸出DNA/DEAE-葡聚糖,加入5mL 10%DMSD,室温放置1分钟,吸出DMSO,用5mL 1×PBS洗一次吸出,加入10mL培养液(10%血清的DMEM)。
(6)培养细胞,在适当时间分析细胞,若含有抗药基因,可用G418选择培养液培养,方法同前。
众所周知,科研工作者在进行医药方面的科学研究之前,需要制定完善的统计研究设计方案,那么什么样的设计方案才称得上是完善的呢? 一般来说,完善的设计方案需具备以下几个条件:实验所需的人力、物力和时间资源;实验设计的“三要素”和“六原则”均符合专业和统计学要求,对实验数据的收集、整理、分析等有一套规范的规定和正确的方法。而其中准确把握统计研究设计的“三要素和六原则”,是科学实验设计的核心。
                          实验设计的三要素和六原则
 一、实验设计的“三要素”
1) 实验对象。实验所用的材料即为实验对象。如用小鼠做实验,小鼠就是本次实验的实验对象,或称为受试对象。实验对象选择的合适与否直接关系到实验实施的难度,以及别人对实验新颖性和创新性的评价。一个完整的实验设计中所需实验材料的总数称为样本含量。最好根据特定的设计类型估计出较合适的样本含量。样本过大或过小都有弊端。
2) 实验因素。所有影响实验结果的条件都称为影响因素,实验研究的目的不同,对实验的要求也不同。影响因素有客观与主观,主要与次要因素之分。研究者希望通过研究设计进行有计划的安排,从而能够科学地考察其作用大小的因素称为实验因素(如药物的种类、剂量、浓度、作用时间等);对评价实验因素作用大小有一定干扰性且研究者并不想考察的因素称为区组因素或称重要的非实验因素(如动物的窝别、体重等);其他未加控制的许多因素的综合作用统称为实验误差。最好通过一些预实验,初步筛选实验因素并确定取哪些水平较合适,以免实验设计过于复杂,实验难以完成。
3) 实验效应。实验因素取不同水平时在实验单位上所产生的反应称为实验效应。实验效应是反映实验因素作用强弱的标志,它必须通过具体的指标来体现。要结合专业知识,尽可能多地选用客观性强的指标,在仪器和试剂允许的条件下,应尽可能多选用特异性强、灵敏度高、准确可靠的客观指标。对一些半客观(比如读pH试纸上的数值)或主观指标(对一些定性指标的判断上),一定要事先规定读取数值的严格标准,只有这样才能准确地分析自己的实验结果,从而也大大提高了自己实验结果的可信度。
  二、实验设计的“六原则”
  1)随机原则:即运用“随机数字表”实现随机化;运用“随机排列表”实现随机化;运用计算机产生“伪随机数”实现随机化。 尽量运用统计学知识来设计自己的实验,减少外在因素和人为因素的干扰。
  2)对照原则:空白对照组的设立——只有通过对照的设立我们才能清楚地看出实验因素在当中所起的作用。当某些处理本身夹杂着重要的非处理因素时,还需设立仅含该非处理因素的实验组为实验对照组;历史或中外对照组的设立一一这种对照形式应慎用, 其对比的结果仅供参考,不能作为推理的依据;多种对照形式同时并存。
  3)重复原则:所谓重复原则,就是在相同实验条件下必须做多次独立重复实验。一般认为重复5次以上的实验才具有较高的可信度。
4) 平衡原则:一个实验设计方案的均衡性好坏,关系到实验研究的成败。应充分发挥具有各种知识结构和背景的人的作用, 群策群力,方可有效地提高实验设计方案的均衡性。在实验设计的过程中要注意时间上的分配,只有在时间上分配好了,才不会出现一段时间特别忙而一段时间特别闲的情况。
5) 弹性原则:所谓空格,指的是在时间分配图上留有空缺。适当的空缺是非常必要的,只有这样才能富有弹性的实施实验计划,并不断地调整好自己的实验进度。
6) 最经济原则:不论什么实验,都有它的最优选择方案,这包括在资金的使用上,也包括人力时间的损耗上,必要时可以预测一下自己实验的产出和投入的比值,这个比值越大越好,当然是以你所拥有的实验条件作基础的。


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