激光在基因转染和基因治疗中的应用

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1、2022/12/52022/12/51 1激光在基因转染激光在基因转染和基因治疗中的和基因治疗中的应用应用(2)(2)2022/12/52022/12/52 2光化学内化转染法光化学内化转染法n光动力疗法（光动力疗法（Photodynamic therapy,PDTPhotodynamic therapy,PDT）q基本机制基本机制S1S*3S*S+1O2O22022/12/52022/12/53 3光化学内化转染法光化学内化转染法 也称为也称为“光化学基因转染光化学基因转染”(photochemical gene(photochemical gene transfection,PCGT)tr

2、ansfection,PCGT)。是新近发展起来的一种基因转染技。是新近发展起来的一种基因转染技术，它通过特定波长的光激活位于靶细胞内吞泡中的光敏剂，术，它通过特定波长的光激活位于靶细胞内吞泡中的光敏剂，启动光化学反应，产生单态氧启动光化学反应，产生单态氧1 1O O2 2和三态氧和三态氧3 3O O2 2等活性氧成分。等活性氧成分。单态氧是强有力的氧化剂，可氧化多种分子如不饱和脂肪酸、单态氧是强有力的氧化剂，可氧化多种分子如不饱和脂肪酸、某些氨基酸、核酸碱基等，从而诱导多种细胞结构损伤。某些氨基酸、核酸碱基等，从而诱导多种细胞结构损伤。n光化学内化转染光化学内化转染（photochemica

3、l internalizationphotochemical internalization）2022/12/52022/12/54 4光化学内化转染法光化学内化转染法n光化学内化转染光化学内化转染（photochemical internalizationphotochemical internalization）单态氧寿命非常短暂（小于单态氧寿命非常短暂（小于0.1ns0.1ns），扩散范围极短，），扩散范围极短，只有非常接近光敏剂所在的细胞器才能受到单态氧的作用。只有非常接近光敏剂所在的细胞器才能受到单态氧的作用。这样，通过光化学反应导致内吞泡膜损伤，释放泡内转染这样，通过光化学反应导致

4、内吞泡膜损伤，释放泡内转染基因进入胞浆，从而顺利入核实现转染。基因进入胞浆，从而顺利入核实现转染。2022/12/52022/12/55 5光化学内化转染法光化学内化转染法n理论上适用于所有可以发生内吞作用的哺乳动物细胞理论上适用于所有可以发生内吞作用的哺乳动物细胞n光照剂量的依赖性光照剂量的依赖性n转染效率与细胞类型有关转染效率与细胞类型有关n使用的光敏剂通常应符合以下条件使用的光敏剂通常应符合以下条件q应主要分布于内吞泡应主要分布于内吞泡q应优先分布于内吞泡膜应优先分布于内吞泡膜q光敏剂在细胞内聚集程度小光敏剂在细胞内聚集程度小光化学内化转染法的特点光化学内化转染法的特点 2022/12/

5、52022/12/56 6光化学内化转染法光化学内化转染法n转染效率较常规方法高转染效率较常规方法高n依赖光照的局部活化特性保证转染位点的高度特异性依赖光照的局部活化特性保证转染位点的高度特异性n特别适合于其他治疗方法联合使用特别适合于其他治疗方法联合使用n与靶细胞表面特异分子表达无关，应用范围广与靶细胞表面特异分子表达无关，应用范围广n肿瘤光敏剂在肿瘤附近组织的富集作用可用于肿瘤治疗肿瘤光敏剂在肿瘤附近组织的富集作用可用于肿瘤治疗光化学内化转染法的优点光化学内化转染法的优点 2022/12/52022/12/57 7微粒靶向激光转染法微粒靶向激光转染法n基本机制基本机制 光吸收性微粒被特异性

6、地与细胞结合，并将要光吸收性微粒被特异性地与细胞结合，并将要转染的分子（如质粒）放置于细胞溶液中。然后转染的分子（如质粒）放置于细胞溶液中。然后用激光照射细胞，即可使细胞膜的通透性发生改用激光照射细胞，即可使细胞膜的通透性发生改变，从而可以使原本无法通过细胞膜的生物大分变，从而可以使原本无法通过细胞膜的生物大分子顺利通过细胞膜，完成转染的过程。子顺利通过细胞膜，完成转染的过程。2022/12/52022/12/58 8微粒靶向激光转染法微粒靶向激光转染法n最初的实验最初的实验 20032003年，年，PitsillidesPitsillides等在研究中发现，使用等在研究中发现，使用不同光通量

7、，不同波长的激光脉冲照射结合不同不同光通量，不同波长的激光脉冲照射结合不同大小微粒粒子的细胞，可以得到非常不同的结果：大小微粒粒子的细胞，可以得到非常不同的结果：某些实验中，细胞大量死亡，而另外一些实验中，某些实验中，细胞大量死亡，而另外一些实验中，细胞没有发生死亡，而是膜的通透性发生改变。细胞没有发生死亡，而是膜的通透性发生改变。2022/12/52022/12/59 9微粒靶向激光转染法微粒靶向激光转染法n相关研究相关研究qMcEwan&Kurita:McEwan&Kurita:微粒尺寸与细胞光学效应的关系微粒尺寸与细胞光学效应的关系qUmebayashi:Umebayashi:不同光功率

8、密度、激光照射时间、微不同光功率密度、激光照射时间、微粒浓度及激光照射后培养时间对细胞膜通透性的影粒浓度及激光照射后培养时间对细胞膜通透性的影响响q张镇西：细胞膜的通透性与细胞种类、微粒尺寸、张镇西：细胞膜的通透性与细胞种类、微粒尺寸、细胞与微粒的比例以及激光的能量、激光的脉宽都细胞与微粒的比例以及激光的能量、激光的脉宽都有关系。有关系。2022/12/52022/12/51010对两种方法的一点总结对两种方法的一点总结n总结总结q两种方法均可保证转染位点的特异性，这正是我们两种方法均可保证转染位点的特异性，这正是我们想要得到的结果。想要得到的结果。q两种方法均易于在体操作。两种方法均易于在体操作。q光化学内化法中，光敏剂的毒性是一个需要考虑到光化学内化法中，光敏剂的毒性是一个需要考虑到的问题。的问题。q纳米微粒靶向细胞方法中，把激光对细胞的影响局纳米微粒靶向细胞方法中，把激光对细胞的影响局限在一个很小的范围内。限在一个很小的范围内。2022/12/52022/12/51111谢谢！谢谢！