Transfekcija je postopek, ki omogoča vnos eksogenih nukleinskih kislin v celice mimo celične membrane. Najpogosteje uporabljene eksogene nukleinske kisline so plazmidna DNA, RNA, siRNA in oligonukleotidi. Ko so enkrat dostavljene v celice, te kisline modulirajo izražanje genov z vzpodbujanjem prekomernega izražanja ali utišanjem ciljanega gena.

Prekomerno izražanje genov je nepogrešljivo orodje za več namenov:

razumevanje vloge genov (genske študije, visokozmogljivostno testiranje)

proizvodnja bioloških zdravil, kot so protitelesa (proizvodnja beljakovin) in rekombinantni virusni delci

terapevtske uporabe – proizvodnja virusov za gensko in celično terapijo

Utišanje genov je metoda, ki se uporablja za preprečevanje izražanja določenega gena. Izražanje gena se lahko delno zmanjša (»knockdown« gena) ali popolnoma onemogoči (»knockout« gena). Ker je mogoče ciljati praktično kateri koli gen, je utišanje genov prevladujoča tehnika za razvoj genskih terapij, namenjenih zdravljenju monogenskih bolezni, raka in pri strategijah imunoterapije.

Transfekcija nukleinskih kislin se uporablja za začasno ali trajno spremembo celic z namenom prekomernega izražanja ali utišanja določenih genov. Za izvedbo transfekcije obstaja več metod, ki jih na splošno delimo v dve glavni kategoriji: kemične in fizikalne. Obstajajo številne fizikalne metode, kot so elektroporacija, sonoporacija ali mikroinjekcija, vendar so ti postopki zapleteni in razmeroma toksični za sesalske celice. Da bi se izognili tem težavam, kemično posredovana transfekcija ponuja odlično alternativo: enostavnost uporabe, visoka učinkovitost in dobra celična preživetvenost. Kemična transfekcija se običajno izvaja z uporabo kationskih polimerov ali lipidov, ki zaščitijo anionske nukleinske kisline.

1. Inkapzulacija genetskega materiala s transfekcijskim reagentom
Nukleinske kisline so zaradi svojih polifosfatnih verig negativno nabite, zato lahko tvorijo interakcije s pozitivno nabitimi transfekcijskimi reagenti (polimeri ali lipidi). To vodi v nastanek transfekcijskih kompleksov ali nanočestic, ki ščitijo nukleinske kisline pred razgradnjo z nukleazami.

2. Celična absorpcija nanočestic
Večina celic na zunanji površini celične membrane izraža negativno nabite heparan sulfatne proteoglikane, s katerimi lahko pozitivno nabiti transfekcijski kompleksi interagirajo. Ta interakcija je ključna za sprožitev celične absorpcije preko endocitoze.

3. Sproščanje v citosol in po potrebi prenos v jedro za transkripcijo
Po vnosu v celico se transfekcijski kompleksi ujamejo v znotrajcelične vezikle. Naši transfekcijski reagenti lahko povzročijo sproščanje nukleinskih kislin v citoplazmo z razpadom ali fuzijo membran veziklov. Večina nukleinskih kislin (oligonukleotidi, siRNA, mRNA itd.) ostane aktivna v citoplazmi. V primeru prenosa genov se plazmidna DNA prenese v jedro, kjer lahko pride do prehodnega izražanja, ki lahko postane trajno po integraciji v genom (stabilno izražanje).