OZ Biosciences：Helix-IN DNA转染试剂

在开发了Lipofection（基于脂质体的转染方法）和Magnetofection（基于磁性纳米颗粒的转染方法）之后，OZ Biosciences设计和合成一种新型专利阳离子羟基化两亲性多嵌段聚合物（Cationic Hydroxylated Amphiphilic Multi-block Polymer，CHAMP），该聚合物具有生物相容性，可切割性，pH响应性和双功能性。  

OZ Biosciences基于CHAMP技术创建了一种全新的转染试剂，这种新型的双功能共聚物是生物相容的，可电离的和pH敏感的。它由三个部分组成，其组合并引入三个协同概念：“穿过膜屏障”的概念是由于其电荷、pH敏感性和疏水性；“隐形转染”的想法是由于DNA被保护，掩盖和支持，一直到核摄取；生物相容性的概念是由于生物可降解和可切割的部分。  

基本原理：

这种新型CHAMP技术的特殊性来自于双功能阳离子生物聚合物由三个部分组成，每个部分具有不同的特性和功能。 

（1）聚合物附近的第一部分将DNA结合和缩合到前所未有的水平，并有助于细胞质递送。 

（2）第二部分是pH响应性和可切割的接头，通过促进内体膜的不稳定来改善细胞传递。 

（3）具有确定和优化的分子量的第三部分用作DNA屏蔽和核摄取促进剂。 每个部分的分子量和长度（对于每种类型的聚合物是唯一的）是与整体转染效率相关的重要参数。  

工作原理：

1. 保护和血清稳定性

OZ Biosciences的新型CHAMP聚合物Helix-IN的设计使带正电荷的复合物在溶液中保持稳定，不会随时间推移而聚集。 

对CHAMP聚合物的结构、多胺组成和接枝密度进行微调和优化，以将聚合物放置在溶解度不受时间影响的精确界面处。此外，亲水基团被巧妙地布置在聚合物中，以降低与带负电荷的血清蛋白（白蛋白......）的相互作用，从而更有效地定义基因载体。 

聚合物保持完整，DNA被保护免受降解... 

这种带正电荷的双功能聚合物具有增强的DNA结合性能，可以在一定程度上保护DNA；正的DNA/聚合物电荷比使DNA与聚合物结合，在保护核酸不被血清酶降解方面发挥关键作用。OZ Biosciences设计了这种聚合物，即使在50%胎牛血清中37°C孵育24小时也不会观察到DNA降解。  

2. 细胞摄取

阳离子复合物主要通过静电相互作用与细胞膜结合，并且大多数复合物通过内吞作用途径（巨胞饮作用、吞噬作用、内吞作用）被细胞摄取。有文献记载内吞作用的途径之一是由网格蛋白介导的。 

一旦被内吞，复合物被内吞在早期的核内体中，pH从7.4（细胞表面）下降至6.0（核内体腔内）。随着核内体进入晚期，pH值将降至5。  

3. 内体逃逸和DNA释放

聚合物通过与“质子海绵”效应相关的阳离子聚合物缓冲能力逃避核内体并将其携带物释放到核中。 

在酸性介质中充当弱碱的可质子化胺使核内体内的pH不稳定：一旦进入核内体，特异性ATP酶会产生大量质子流入，这些质子被聚合物缓冲。大量和持续的质子流动伴随着氯离子的被动进入，导致水的积累。因此，囊泡膨胀直到内体破裂，其内容物被递送到细胞质中。 

第一聚合物嵌段起此作用。此外，pH响应性和可切割的疏水部分增加了补充功能。实际上，隐藏在生理pH值下的连接体在酸性pH值下会暴露出来，导致其裂解和疏水区暴露，从而促进内体膜融合/不稳定。 

在这个阶段，几个重要的缺陷可能会影响转染效率：（1）DNA从核内体逃逸的能力是转染的主要限制之一；（2）通常认为，DNA必须迅速导入细胞核以避免细胞质降解；（3）核内体(也在细胞表面)中存在细胞传感器，可以识别外源核酸并诱导抑制转染的保护性反应。  

4. 运输和核内部化

一旦从核内体释放出来，多聚体必须经由微管或通过核输入机制迀移到细胞核。通常，大分子DNA（>3000bp）和聚合物几乎保持不动，因为向细胞质的扩散依赖于尺寸大小，并且许多细胞质核酸酶会降解核酸。由于仍与双功能聚合物的第三部分结合，较小的带正电荷的聚合物可以与阴离子微管或马达蛋白相互作用，或以隐形模式扩散，直到它们发生核摄取。在所有这些过程中，DNA被掩盖并被保护不被降解。 

永生化细胞进入核的最明显方式是在有丝分裂期间，发生细胞物质的再分布并且核膜被破坏，然而，并非所有细胞都遵循增殖模式。到目前为止，对复合物载体的核导入知之甚少。 一旦DNA到达细胞核，它就会从带正电荷的聚合物的第二部分释放出来，分子量和接枝设计的目的是改善转染。

图示：细胞内聚合物的运输。（1）多聚复合物表面过量的多聚阳离子允许附着于细胞表面，（2）并被靶细胞摄取或内化，通常通过内吞作用。（3）一旦进入核内体囊泡，质子-海绵聚合物的较高程度的质子化引起离子的流入，并且pH响应性接头被切割，释放第一聚合物部分（蓝色）。（4）渗透压力的增加导致囊泡膨胀和破裂，这是由于连接体疏水区域的暴露。 第三个部分（红色）保持与核酸结合，从而降低细胞对DNA的感应，并通过直接输入细胞核（5a）或通过微管运输（5 b）来辅助其核递送。（6）一旦进入细胞核，DNA就会被表达。   

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应用：

主要用途是用于体外和体内应用的DNA转染。CHAMP技术增加了转染量：更多的DNA进入细胞，DNA以隐形模式寻址到细胞核，而不会引起细胞的警觉和应激......该试剂是优先粘附的永生化细胞系的理想选择，如HEK-293，NIH-3 T3，CHO，COS，HeLa，MCF 7，MEF，RPE-1，C2C12....

它非常适合多个DNA的共转染。在体内，DNA被浓缩并保护成小的多聚物，限制免疫应答，并能够通过循环系统导航，直到它们被递送。  

如何使用HELIX-IN聚合物转染试剂？

该protocol是一个非常简单明了的程序，大体流程如下： 

根据细胞类型，转染试剂以1：1至3：1的比例（每?g DNA 1?L至每?g DNA 3?L）直接与DNA混合。孵育30分钟后，Polyplexes和boost被添加到细胞上。   

这30分钟的孵育时间是该方案的基石，允许完全压缩和保护DNA。

在纳米颗粒/DNA复合物自组装过程中，至少等待30分钟才能使共聚物和DNA形成稳定的超分子纳米颗粒。由于共聚物的多部分性质，形成和稳定复合物的时间略长于“简单”聚合物，“简单”聚合物形成更快（10-20分钟）。 

产品引用文章鉴赏：

1. Solinger, J.A., Rashid, HO. & Spang, A. FERARI and cargo adaptors coordinate cargo flow through sorting endosomes. Nature Communications13, 4620 (2022).（使用OZ Biosciences的HELIX-IN聚合物转染试剂）

2. Cadena del Castillo, C.E., Hannich, J.T., Kaech, A. et al. Patched regulates lipid homeostasis by controlling cellular cholesterol levels. Nature Communications12, 4898 (2021). （使用OZ Biosciences的HELIX-IN聚合物转染试剂）

3. Liu, X., Salokas, K., Weldatsadik, R.G. et al. Combined proximity labeling and affinity purification?mass spectrometry workflow for mapping and visualizing protein interaction networks. Nature Protocols15, 3182–3211 (2020). （使用OZ Biosciences的HELIX-IN聚合物转染试剂）

4. Liu, X., Salokas, K., Tamene, F. et al. An AP-MS- and BioID-compatible MAC-tag enables comprehensive mapping of protein interactions and subcellular localizations. Nature Communications9, 1188 (2018).（使用OZ Biosciences的HELIX-IN聚合物转染试剂）

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