Description
الکتروپوراسیون یا الکتروپوریشن (Electroporation) روشی برای وارد کردن مولکولهای خارجی به سلولها است. نئومان و همکارانش در سال ۱۹۸۲ برای نخستین بار مفهوم الکتروپوریشن را معرفی کردند، اما طی چند دهه اخیر، این روش پیشرفتهای قابلتوجهی داشته است. در ابتدا، کاربرد آن محدود به آزمایشهای ساده در شرایط برونتنی (in vitro) بود، اما امروزه در انتقال ژن، ژندرمانی، انتقال دارو و درمانهای درونتنی (in vivo) نیز مورد استفاده قرار میگیرد.
در روش الکتروپوراسیون، با استفاده از دستگاه الکتروپوریشن، از پالسهای الکتریکی برای ایجاد منافذ موقت یا به اصطلاح تراواسازی غشای سلولی استفاده میشود تا موادی مانند اسیدهای نوکلئیک بتوانند از آن عبور کنند. الکتروپوراسیون، برای انواع سلولهایی که ترانسفکشن آنها دشوار است، از سلولهای باکتریایی گرفته تا مخمر، قارچ، سلولهای گیاهی و حتی سلولهای جانوری قابل انجام است و بالاترین بازدهی انتقال را دارد. از این روش میتوان برای انتقال DNA، RNA، mRNA، RNPs، داروها یا پروتئینها بدون هیچ آسیبی به انواع سلولهای یادشده استفاده کرد. بنابراین، الکتروپوراسیون را میتوان در زمینههای مختلفی از جمله درمان سرطان (الکتروکموتراپی)، کشاورزی، مطالعات دارویی، واکسن و … به کار برد.
نحوه عملکرد الکتروپوریشن
فرآیند الکتروپوریشن نسبتاً ساده است. سلولهای میزبان و مولکولهای مورد نظر در یک محلول رسانا در کووت مخصوص دستگاه الکتروپوریشن کنار هم قرار میگیرند. سپس یک پالس الکتریکی با ولتاژ بهینه و مدتزمانی در حد چند میکروثانیه تا یک میلیثانیه به این محلول وارد میشود.
این پالس، لایهی فسفولیپیدی غشای سلول را مختل کرده و باعث ایجاد منافذ موقتی در آن میشود. همزمان، پتانسیل الکتریکی در سراسر غشای سلول افزایش مییابد که این امر به مولکولهای باردار مانند DNA اجازه میدهد تا از طریق این منافذ از غشا سلولی عبور کنند. پس از خاموش شدن پالس الکتریکی نیز این منافذ ایجاد شده در غشا شروع به بسته شدن کرده و سلول به حالت عادی بازمیگردد. بنابراین مولکولهایی که شانس عبور از منافذ موقت غشایی را داشتند، درون سلول به دام میافتند.
برای یک انتقال موفق در عین زنده ماندن سلولها، بهینهسازی پارامترهای الکتروپوریشن بر اساس شرایط آزمایش ضروری است. عواملی مانند شدت میدان الکتریکی، شکل پالس، تعداد پالسهای اعمالشده و ترکیب بافر میتوانند بر کارایی ترنسفکشن تأثیر بگذارند.
کاربردهای الکتروپوریشن
الکتروپوریشن کاربردهای فراوانی در حوزههای مختلف علوم زیستی دارد. برخی از مهمترین کاربردهای این روش عبارتند از:
1- مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی:
الکتروپوریشن در باکتریها برای پذیرش DNA خارجی استفاده میشود، که این امر در تولید پروتئینهای نوترکیب، کلونینگ و سایر فرآیندهای بیوتکنولوژی کاربرد دارد.
ترانسفکشن سلولهای یوکاریوتی نیز مانند سلولهای پستانداران در حوزه مهندسی ژنتیکی استفاده میشود. همچنین الکتروپوراسیون برای اصلاح ژنتیکی گیاهان و بهبود ویژگیهای محصولات کشاورزی از طریق ورود DNA خارجی به سلولهای گیاهی کاربرد دارد.
الکتروپوریشن بهطور گسترده برای اصلاح ژنتیکی مخمرها نیز استفاده میشود. این روش امکان وارد کردن DNA خارجی به مخمرها را برای اهداف بیوتکنولوژیکی، تولید آنزیمهای صنعتی و تحقیقات زیستشناسی مولکولی فراهم میکند.
2- تحویل دارو و واکسن:
الکتروپوریشن روشی مؤثر برای انتقال داروها و واکسنهایی از جنس DNA است و ورود ترکیبات بزرگ را که بهطور طبیعی از سد سلول عبور نمیکنند، تسهیل میکند. از این روش در توسعه واکسنهای DNA برای بیماریهایی مانند طاعون و SARS-CoV-2 استفاده شده است.
3- ژندرمانی:
از الکتروپوریشن برای انتقال مواد ژنتیکی اصلاحشده یا جدید به سلولها جهت درمان بیماریهای ژنتیکی استفاده میشود.
4- درمان سرطان:
برای درمان سرطان از الکتروپوریشن غیرقابل بازگشت استفاده میشود. این روش با اعمال پالسهای الکتریکی با ولتاژ بالا باعث تخریب دائمی و مرگ سلولهای توموری میشود.
مزایا و معایب الکتروپوریشن
الکتروپوریشن در مقایسه با سایر روشهای ترنسفکشن دارای مزایای متعددی است. از مهمترین مزایای این روش میتوان به امکان استفاده برای ترنسفکشن موقت و پایدار در تمامی انواع سلولها و همچنین قابلیت انتقال مواد به تعداد زیادی از سلولها در مدتزمان کوتاه اشاره کرد.
اما این روش یک عیب مهم نیز دارد:
پالسهای الکتریکی با ولتاژ بالا میتوانند باعث مرگ تعداد زیادی از سلولها شوند، زیرا برخی از سلولها قادر به ترمیم کامل غشای خود نیستند. به همین دلیل، در مقایسه با روشهای شیمیایی، به تعداد بیشتری از سلولها نیاز است. از سوی دیگر، برای کاهش نرخ مرگ سلولی، انتخاب یک دستگاه مناسب یکی از مهم ترین نکات در انجام این روش است.
به طور کلی مزایا و معایب الکتروپوراسیون شامل موارد زیر است:
مزایای الکتروپوراسیون:
- – انجام نسبتاً آسان
- – قابل استفاده برای سلولهایی که ترنسفکشن آنها دشوار است
- – نتایج قابل تکرار
- – عدم نیاز به وکتور
- – وابستگی کم به نوع سلول
- – امکان ترنسفکشن سریع تعداد زیادی از سلولها
- – ایمن و غیرسمی به دلیل عدم استفاده از مواد شیمیایی
معایب الکتروپوراسیون:
- – نیاز به دستگاه مخصوص
- – ضرورت بهینهسازی دقیق پارامترها
- – امکان سمیت بالا و آسیب یا مرگ سلولی
برخی از دستگاههای مدرنتر، مانند سیستم الکتروپوریشن پارس تراوا، با توزیع یکنواخت پالس الکتریکی در بین سلولها و حفظ pH پایدار درون محفظهی الکتروپوریشن، مشکل مرگومیر بالای سلولها را کاهش دادهاند. با این حال، همچنان نیاز به بهینهسازی شدت پالس و پارامترهای میدان الکتریکی برای حفظ تعادل بین کارایی ترنسفکشن و بقای سلولی وجود دارد.
مزایای دستگاه الکتروپوریشن شرکت پارس تراوا:
- – به صورت سیستم کامل با کووت هولدر تحویل مشتری داده میشود.
- – کووت الکتروپوریشن مخصوص دستگاه در شرکت تولید و عرضه میشود.
- – طراحی و تنظیمات دستگاه منحصر به فرد بوده و باعث کاهش هدررفت نمونه و خطر آلودگی میشود.
- – در حال حاضر بسیاری از موسسات دستگاه الکتروپوریشن برند خارجی دارند که با بروز کوچکترین مشکلی دستگاه کار نمیکند و قطعات آن در ایران موجود نیست. ولی دستگاه الکتروپوریشن پارس تراوا تضمین کیفیت داشته و در صورت هرگونه مشکل متخصصین ما در کنار شما هستند.
- – سسیتم الکتروپوریشن پارس تراوا امکان برنامهریزی و شخصیسازی برای ایجاد و بهینهسازی پروتکلهای الکتروپوریشن برای انواع مختلف سلولها برای شما را دارد.
- – این دستگاه توسط جمعی از دانشجویان و اساتید دانشگاههای مطرح از جمله تربیت مدرس، امیرکبیر، شهید بهشتی و … ساخته و پشتیبانی میشود.
مراحل انجام الکتروپوریشن:
مراحل انجام الکتروپوراسیون را می توان به طور کلی به چهار مرحله اصلی تقسیم بندی کرد. این مراحل به شرح زیر است:
1- آمادهسازی سلولها:
- – ابتدا سلولهای موردنظر را کشت داده و تا رسیدن به فاز رشد مطلوب پرورش دهید.
- – سلولها را با سانتریفیوژ جمعآوری کرده و در بافر مخصوص الکتروپوریشن حل کنید.
- – مولکولهای موردنظر مانند DNA را نیز جداسازی و خالصسازی کنید تا آماده ورود به سلولها شوند.
2- اعمال پالس الکتریکی:
- – محلول آب مقطر یا بافر الکتروپوریشن و سلول را به همراه DNA، پروتئین یا دارو به درون کووت الکتروپوریشن ۲ یا ۴ میلیمتری انتقال دهید. توجه داشته باشید که نمونه روی یخ نگهداشته شود و قبل از انتقال به کووت هولدر، کوت را خشک کنید تا جدار بیرونی خیس نباشد.
- – کووت را درون دستگاه الکتروپوریشن (الکتروپوراتور) قرار دهید.
- – با توجه به پروتکل سلول مد نظر، دستگاه الکتروپوریشن را تنظیم و آن را روشن کنید. پالس الکتریکی به سلولها اعمال شده و باعث ایجاد منافذ موقتی در غشا میشود.
3- بازیابی سلولها:
- – بلافاصله پس از اعمال پالس، کووت را از دستگاه خارج کنید.
- – سلولها را برای مدت کوتاهی روی یخ قرار دهید تا غشای آنها ترمیم یابند. در این مرحله، غشای سلولها ترمیم شده و مولکولهای وارد شده درون سلول تثبیت میشوند.
4- کشت و جمعآوری سلولهای ترانسفکتشده:
- – به سلولها محیط کشت بسیار سرد (ice cold media) اضافه کنید و اجازه دهید که به تدریج در انکوباتور به دمای طبیعی رشد خود بازگردند. سعی کنید از شوکهای ناگهانی جلوگیری کنید، زیرا این امر میتواند میزان مرگ سلولی را افزایش داده و کارایی آزمایش را کاهش دهد.
- – پس از اینکه سلولها گرم شدند و دوباره شروع به تقسیم فعال کردند (که این زمان بسته به نوع یا سویه سلولی متفاوت خواهد بود)، میتوان آنها را بهطور عادی کشت داد. در این مرحله، در صورت لزوم میتوان عوامل انتخابی (Selective Agents) را برای تقویت رشد سلولهایی که ماده هدف را دریافت کردهاند و حذف سلولهای بدون تغییر، به محیط کشت اضافه کرد.
مدلهای دستگاه الکتروپوراسیون:
Electro Porator Exp-Sqare | Electro Porator Square | Electro Porator Exponential | Model |
✓ | ✓ | ✓ | Main Unit |
✓ | ✓ | Exp Module | |
✓ | ✓ | Sqr Module | |
10-3,000 and 10-500 V | 10-500 V | 10-3,000 V | Voltage(V) |
0.22-47 µF | — | 0.22-47 µF | Capacitance (µF) |
100 us – 15 ms | 100 us – 15 ms | Time (s) | |
Prokaryotic, including bacteria, fungi and other microorganisms | Eukaryotic, including mammalian cells and plant protoplasts | Eukaryotic and prokaryotic | Cell Types |
Exponential-decay and square-wave | Square-wave | Exponential-decay | Waveform |
لازم به ذکر است این دستگاه الکتروپوریشن یا الکتروپوراسیون فقط برای کارهای تحقیقاتی و پیش بالینی در نظر گرفته شده است و برای استفاده در روشهای تشخیصی یا بالینی نیست. شما می توانید کاتالوگ دستگاه الکتروپوراسیون شرکت پارس تراوا را از لینک زیر دریافت کنید و برای تهیه سیستم الکتروپوریشن یا الکتروپوراسیون پارس تراوا، کووت الکتروپوریشن 2 میلیمتری و کووت الکتروپوریشن 4 میلیمتری با ما در ارتباط باشید.
کاتالوگ دستگاه الکتروپوریشن
رضایت مشتریان از دستگاه الکتروپوریشن پارس تراوا
شرکت پارس تروا مفتخر است که محصولات این شرکت توسط تعداد بسیاری از شرکتها در حال استفاده است و توانسته رضایت تمامی مشتریان خود را جلب کند. در ادامه تعدادی از تاییدیههایی که شرکتهای خریدار دستگاه الکتروپوریشن پارس تراوا ارسال نمودهاند را مشاهده میکنید.

شرکت پیشگامان زیست مهندسی دنا

شرکت داروسازی روناک

شرکت رهپویان فناور صادق