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转染技术通过微流控平台（如电穿孔、机械穿孔）实现高效率、高细胞存活率的生物分子递送，推动基因编辑、靶向治疗和单细胞研究发展，同时面临临床转化挑战。
Rashin Mohammadi|Stavros Stavrakis|Andew J. deMello
苏黎世联邦理工学院化学与生物工程研究所，瑞士苏黎世8093
摘要
转染是指将外源生物分子（如DNA、RNA、脂质体、纳米颗粒、抗体及其片段）引入真核细胞的细胞质或细胞核中的过程，目的是改造或重新编程细胞功能。这一过程有助于研究基因功能、开发个性化靶向疗法（例如CAR-T细胞）以及进行基因组编辑。传统的转染方法通常基于载体系统（利用病毒和纳米颗粒介导的机制）或直接破坏细胞膜的方法（如电穿孔和机械穿孔）。尽管这些方法有效，但它们无法以既稳健又能保持细胞活力和表型的方式输送大量物质。相比之下，微流控技术能够在微观尺度上精确操控流体、分子和细胞，因此在细胞内物质输送方面具有潜在应用价值。在这篇综述中，我们探讨了新的转染技术，特别强调了微流控平台作为克服上述挑战的强大工具的作用。分析表明，微流控电穿孔、机械穿孔和超声穿孔技术的最新进展提高了载物输送的控制精度，从而提升了输送效率并增强了转染后细胞的存活率，同时支持可扩展和高通量操作。我们还讨论了分析检测和过程自动化在单细胞研究、高通量筛选和治疗制造中的作用。最后，我们指出了临床转化过程中仍存在的挑战，并展望了微流控技术如何推动精确、高效且具有临床意义的细胞内物质输送。
部分内容摘录
细胞内输送
外源物质（载物）的细胞内输送是分子遗传工程中的基本技术。它能够将DNA、RNA、脂质体、纳米颗粒、抗体及其片段等多种外源物质引入真核细胞的细胞质或细胞核[1]。由于这些载物具有不同的功能作用，细胞内输送成为研究基因功能、阐明疾病分子机制的强大工具。
细胞内输送方法
在介绍了转染的生物学重要性和应用之后，我们现在关注目前常用的细胞内输送方法以及需要克服的生物物理障碍。生物分子要进入活细胞，首先必须穿过质膜——这种磷脂双层结构仅允许小分子和亲脂性分子通过，而会阻挡大分子或带负电荷的分子（如核酸）。输送质粒DNA尤其具有挑战性。
微流控转染技术
微流控系统能够在内部尺寸（流体动力学直径）为微米级的环境中操控和控制流体。它们能够精确控制流体流动和质量/热传输，从而实现化学和生物实验的超高精度[112][113][114][115][116]。微流控系统最初是作为分析工具开发的，现已发展成为生物研究的强大平台。
挑战与未来展望
如本文所述，细胞内输送是一种强大的分析工具，可用于研究基因功能、抑制基因表达、制造重组蛋白、探究疾病机制及开发基因疗法。虽然传统的转染方法（如病毒转导、电穿孔和脂质体转染）在多种细胞类型中都能有效输送多种载物，但它们在精确性方面仍有提升空间。
致谢
作者感谢苏黎世联邦理工学院和Bridge Discovery提供的部分资金支持（资助编号：218773）。
未引用的参考文献
[32], [68], [69], [70], [71], [72], [73], [126], [137], [138], [141], [142], [146], [149], [150], [161], [164], [165], [169], [170], [181], [182], [219], [222]
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益冲突或个人关系。
