细胞融合技术浅析

冯亮

关键词:细胞融合技术

一、细胞融合概述

所谓细胞融合就是指在外力(诱导剂或促融剂)作用下,两个或两个以上的异源(种、属间)细胞或原生质体相互接触,从而发生膜融合、胞质融合和核融合并形成杂种细胞的现象称为细胞融合(cellfusion)或细胞杂交(cellhybridization)。如取材为体细胞则称体细胞杂交(somatichybridization)。体细胞融合后可形成四倍体或多倍体细胞,由此形成的杂交细胞,其特性会有很大的变化。细胞能不受种属的局限可实现种间生物体细胞的融合,使远缘杂交成为可能,因而是改造细胞遗传物质的有力手段。它的意义在于从此打破了仅仅依赖有性杂交重组基因创造新种的界限,扩大了遗传物质的重组范围细胞融合技术避免了分离、提纯、剪切、拼接等基因操作,在技术和仪器设备上的要求不像基因工程那样复杂,投资少,有利于广泛开展研究和推广,有着重大的实践意义,正得到科学界的日益重视。

二、细胞融合技术的常用方法

(一)细胞融合仙台病毒(HVJ)诱导法

1962年日本冈田善雄(Okada)偶然发现一种叫日本血凝性病毒HVJ,或称仙台病毒(Sendaivirus)能引起艾氏腹水瘤细胞融合成多核细胞的现象。冈田善雄的研究为人工诱导体细胞杂交奠定了方法学基础。细胞融合现象公布后引起细胞学界的高度重视。1965年英国的Harris和Watkins在利用灭活病毒诱导细胞融合上作了大量的工作,并进一步将这种灭活病毒作为一种普遍的方法来诱导不同种动物细胞,他们在实验室中成功进行了人类细胞、动物细胞、鸟类和蛙类细胞之间的融合,并且可得到存活的杂合细胞。他们的研究工作证明了在病毒法诱导细胞融合中,其有效促融因子在于细胞的膜,病毒膜片(甚至在病毒灭活或被超声打碎后)能使细胞间产生凝聚和融合,因此可以用紫外线灭活的此类病毒诱导细胞融合。

(二)细胞融合PEG(聚乙二醇)诱导法

1974年华裔加籍科学家高国楠(Kao)发现聚乙二醇(PEG:polyethylene

glycol)能促使植物原生质体融合,当加入一定分子量的PEG时,融合效率较病毒诱导法可提高1000倍以上,Kao经过研究发现PEG在融合过程中起着稳定和诱导凝集作用。后来人们又发现还有许多其他的化学剂可使细胞凝集并融合,如磷酸盐、高级脂肪酸衍生物、脂质体等,不过这其中以聚乙二醇的效果较好。且由于病毒诱导细胞融合存在诸多缺点,所以1975年以后,利用PEG诱导细胞融合逐渐发展成为一种规范的重要化学融合方法,并代替了Sendaivirus在细胞融合中的地位,它将病毒法诱导的细胞融合率从1/105提高到1/103。

(三)细胞融合电场诱导法

细胞电融合(cellelectrofusion)是20世纪80年代发展起来的一门新兴的

细胞工程和生物物理技术。自电穿孔及电融合技术发明创造以来的20年里,电穿孔和电融合已成为一门成熟的学科。有关细胞电融合现象为科学家Zimmermann在1978年所发现,并采用电脉冲方法成功地诱导了细胞融合,开创了细胞融合技术的新局面。

(四)细胞融合激光诱导法

1984年,Schierenberg首次报道利用微束激光成功地进行了细胞融合实验,为细胞融合找到了另一种有效的方法。1987年,联邦德国海德堡理化研究所使用准分子激光器泵浦的染料激光器诱导哺乳动物细胞融合和植物原生质体融合。细胞之间相互接触是实现细胞融合的前提，除了采用病毒、化学剂或电的方法使细胞接触,还可以利用激光的光镊建立两细胞间接触。简单地说,光镊(opticaltweezers)所形成的光学势阱,会把细胞拉向光束中心,钳住细胞,从而实现了对生物粒子的远距离、非接触式捕获。

三、细胞融合技术的最新进展

(一)基于微流控芯片的细胞融合技术

利用基于芯片技术的微流控系统不仅可以实现对细胞甚至单个细胞的操控，比如转移、定位、变形等，也可以同时输送、合并、分离和分选大量细胞，细胞融合在芯片上可以通过并行或快速排队的方式实现，此外由于在微通道内的腔体容积很小，所以会大幅减少细胞融合中所需的细胞数量，同时细胞融合率和杂合细胞的成活率会大大提高。

(二)高通量细胞融合芯片

高通量细胞融合芯片利用微电极阵列在微米范围内产生的高强度、高梯度辐射电场，使得细胞在特殊辐射电场的作用下产生介电质电泳力，精确处理和刺激预定的目标细胞，从而使目标细胞按照预先设计的方向（可以是任何预先设计好的方向）以预定的速度（可以是不同种的细胞以不同的速度定向）移动，从而按照设计要求准确地、大批量地得到目标细胞配型，集成微电极阵列的微流控系统，可以方便灵活地实现对细胞的操作、隔离和转移，由于在微通道内微电极间距可以做得很小，因此获得同样强度的辐射电场强度只需施加较低电压的交变电场和脉冲即可，不用加载昂贵的高电压发生装置。

(三)空间细胞融合技术

由于地球引力的存在，有液泡的原生质体与无液泡的原生质体的密度差加大，异源细胞间的融合得率十分有限，在利用动物细胞融合生产单克隆抗体过程中，由于无法排除地球引力的影响，要提高淋巴细胞和骨髓瘤细胞的融合得率相当困难，人们在空间材料科学的启发下，试图利用空间微重力条件改进细胞融合技术大量的飞行实验结果表明，在微重力条件下酵母细胞的融合得率有很大的增加，融合得率增加主要是由于降低了重力沉降影响，而杂种细胞的活力增加可能是由细胞排列时间缩短引起的,在取得这些成功实验的基础上，进一步研究融合后的细胞在空间培养的可能性已经具备.

(四)离子束细胞融合技术

雷电、辐射等自然过程中产生的低能离子可作用于生物体，中国科学院等离子体物理研究所的余增亮等人发现并证实了离子注入生物效应和粒子沉积生物效应的存在，建立了质量、能量、电荷三因子作用机制体系%在离子束与生物体相互作用中，粒子的植入、动量的传递和电荷交换可导致细胞表面被刻蚀，引起细胞膜透性和跨膜电场的改变，据此原理，发展了离子束诱导细胞融合技术,此项研究一旦成功，将改变传统的一对一细胞融合的弊端，减少供体细胞导入的染色体范围，使融合更具目的性，大大减少筛选的工作量，将是细胞融合研究的一大进步。

参考文献：

[1]崔彬彬,朱维红,冯大领.细胞融合技术研究进展[J].中国生物工程杂志.2007(2).

[2]赵志强,郑小林,张思杰韦晓兰.细胞融合技术[J].生物学通报.2005(10).

[3]霍乃蕊,韩克光.细胞融合技术的发展及应用[J].激光生物学报.2006(2).