非病毒性基因治療載體

非病毒性基因傳遞的概念就是使用已知結構式之人工合成物質模擬病 毒感染細胞的過程。不同於病毒的是，非病毒性基因治療載體是由已知結 構式之人工合成物質所組成，所以研究者可以很清楚瞭解其化學式以及其 上有具備的官能基，並對其作適當的修飾。除此之外，非病毒性基因治療 載體也通常具備著許多應用於基因治療上的優點，方便取得、便宜的價格、

無毒性與無致病力、且不引起免疫反應等。常用的非病毒性基因治療載體 包括以下幾類：帶正電性聚合物 (Cationic polymers)、微脂粒 (liposome)、

直接將 DNA 注射在肌肉 (DNA injection)、或者基因槍或電穿孔法 (gene gun or electroporation)等。

1. 帶正電性聚合物

一般所用的帶正電性的聚合物都具有帶正電的胺基，可以對帶負電 的DNA 分子產生中和、遮蔽效應，並且能與 DNA 形成較小的複合體，

幫助DNA 穿越細胞膜。部份的研究也對這些帶正電性的聚合物上加上 特殊的官能基或者是配體 (ligand)，使得這些帶正電性聚合物可以攜帶 DNA 進 入 特 定 種 類 的 細 胞 中 。 較 常 用 的 帶 正 電 性 聚 合 物 包 括 polyethylenimines (PEI)，(圖二)、chitosan、DEAE-dextran 等；其中 PEI 除了有效保護DNA 免於一些細胞內酵素的破壞，也可以幫助細胞吸收 DNA，但是在體內使用時，會因為血清中帶負電性蛋白質影響其正電

荷，而造成較低的轉染能力。

2. 微脂粒

DNA 上因具有帶負電荷的磷酸根，極難直接穿過帶負電性且非極 性的外層細胞膜而進入細胞內。研究者發展一種以磷脂類為主體，具不 同帶電性或極性者，以不同比例組合形成微脂粒 (圖三)，再將 DNA 與 這些微脂粒混合，使得DNA 被包裹於其中，如此一來，DNA—微脂粒 複合物就可直接通過細胞膜而送入細胞內。這個方法可普遍用於各種不 同細胞，且可直接在活體中使用。利用微脂粒的基因轉殖效率的高低依 其磷脂的比例、種類成份而不同。另外經由此法進去細胞內的 DNA，

只能短暫性的表現其基因，而且微脂粒的效率普遍均不是特別高，這是 使用微脂粒當作基因治療載體並不普及的原因之ㄧ。

3. DNA 肌肉注射

儘管在 1980 年代之前就有多項證據顯示將質體 DNA 注射到哺乳 類細胞裡可以使細胞產生其基因產物，但直到1990 年 Felgner 首次證明 這個方法是可行的，這件事情才為人們所接受(12)。研究發現，直接將 DNA 注 射 到 動 物 四 頭 肌 (quadriceps) ， 發 現 DNA 可 在 肌 胚 細 胞 (myoblast) 內存留一段時間並且持續基因表現，雖然如此，質體 DNA 並 沒有嵌入到宿主染色體上。當纖維母細胞融合形成多核的肌纖維管

(myotubule) 時，DNA 仍保存且表現。這種 DNA 進入細胞的詳細機制 目前仍不是非常清楚，但相信與注射局部區域內有些組織受到傷害或注 射時所增加的壓力有一些關聯性。也有一些其他組織內的細胞可利用直 接 DNA 注射的方法而將基因傳送進去的，例如甲狀腺、部份腫瘤細 胞、肝細胞、皮膚細胞，及心肌細胞；然而其餘的大部份組織或細胞則 普遍對此方法是無效的。這種直接注射DNA 於肌肉細胞的方法，已證 實的確會針對所帶進去之基因所表現的蛋白質產生免疫反應，包括體液 性免疫 (humoral immunity) 及細胞性免疫 (cellular immunity)，而這樣 的方法被稱為DNA 疫苗 (DNA vaccine)。

4. 基因槍或電穿孔法

Yang, N.S.設計一套基因槍(13)，它能將帶有 DNA 分子的金粉粒子 以高壓加速的方法，穿過細胞膜而送達至細胞內，使DNA 上所攜帶的 基因進行表現。使用這種機械式的方式，比較沒有特殊細胞條件的限 制。因此這種方法可應用在多種不同的細胞、組織，甚且器官。而且使 用基因槍所需要的DNA 量亦遠比微脂粒的方法來得少很多。利用這種 方法，已有多篇文獻成功地將DNA 送達至肝、皮膚、或肌肉等器官內，

並觀察到DNA 在活體內的表現。利用電擊將 DNA 送入細胞內也是一 種方便將基因送到細胞內的方法，運用高電壓造成細胞膜上的脂肪結構 造成暫時性重新排列，因此在細胞膜上形成孔洞，可以允許DNA 由此

孔洞進入細胞質內。只要細胞膜電壓被提升至幾百個毫伏特以上，這種 現象在所有的細胞都會發生，故它可適用於各種不同組織或細胞。這種 物理性的方法將 DNA 送入細胞內是較為簡單且沒有副作用，所使用 DNA 量，也遠比微脂粒法來得少。可惜其傳送之 DNA 量仍然非常有 限，且表現也多為短暫性的。