Electroporation is a method that uses short pulses of high voltage to carry DNA across the cell membrane. This shock is thought to cause temporary formation of pores in the cell membrane, allowing DNA molecules to pass through. Electroporation is generally efficient and works across a broad range of cell types. However, a high rate of cell death following electroporation has limited its use, including clinical applications.

More recently a newer method of electroporation, termed electron-avalanche transfection, has been used in gene therapy experiments. By using a high-voltage plasma discharge, DNA was efficiently delivered following very short (microsecond) pulses. Compared to electroporation, the technique resulted in greatly increased efficiency and less cellular damage.

The use of particle bombardment, or the gene gun, is another physical method of DNA transfection. In this technique, DNA is coated onto gold particles and loaded into a device which generates a force to achieve penetration of the DNA into the cells, leaving the gold behind on a "stopping" disk.

Sonoporation uses ultrasonic frequencies to deliver DNA into cells. The process of acoustic cavitation is thought to disrupt the cell membrane and allow DNA to move into cells.

In a method termed magnetofection, DNA is complexed to magnetic particles, and a magnet is placed underneath the tissue culture dish to bring DNA complexes into contact with a cell monolayer.

การส่งยาแบบไฮโดรไดนามิกเกี่ยวข้องกับการฉีดสารละลายปริมาณมากอย่างรวดเร็วเข้าไปในหลอดเลือด (เช่นหลอดเลือดดำใหญ่ส่วนล่างท่อน้ำดีหรือหลอดเลือดดำที่หาง ) สารละลายดังกล่าวประกอบด้วยโมเลกุลที่จะถูกแทรกเข้าไปในเซลล์ เช่นดีเอ็นเอพลาสมิดหรือsiRNAและการถ่ายโอนโมเลกุลเหล่านี้เข้าไปในเซลล์จะได้รับความช่วยเหลือจากแรงดันไฮโดรสแตติกที่สูงขึ้นซึ่งเกิดจากปริมาณสารละลายที่ฉีดเข้าไปจำนวนมาก^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

การใช้ออลิโกนิวคลีโอไทด์สังเคราะห์ในการบำบัดด้วยยีนมีจุดประสงค์เพื่อปิดใช้งานยีนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการเกิดโรค มีหลายวิธีที่ใช้ในการบรรลุเป้าหมายนี้ กลยุทธ์หนึ่งใช้แอนติเซนส์ที่จำเพาะต่อยีนเป้าหมายเพื่อขัดขวางการถอดรหัสของยีนที่ผิดปกติ อีกกลยุทธ์หนึ่งใช้โมเลกุล RNA ขนาดเล็กที่เรียกว่าsiRNAเพื่อส่งสัญญาณให้เซลล์ตัดลำดับเฉพาะที่ไม่ซ้ำกันในmRNAของยีนที่ผิดปกติ ซึ่งจะขัดขวางการแปล mRNA ที่ผิดปกติ และส่งผลให้การแสดงออกของยีนลดลง กลยุทธ์เพิ่มเติมใช้ออลิโกดีออกซีนิวคลีโอไทด์แบบสองสายเป็นตัวล่อสำหรับปัจจัยการถอดรหัสที่จำเป็นในการกระตุ้นการถอดรหัสของยีนเป้าหมาย ปัจจัยการถอดรหัสจะจับกับตัวล่อแทนที่จะจับกับโปรโมเตอร์ของยีนที่ผิดปกติ ซึ่งจะลดการถอดรหัสของยีนเป้าหมายและลดการแสดงออก นอกจากนี้ ยังมีการใช้ออลิโกนิวคลีโอไทด์ DNA แบบสายเดี่ยวเพื่อควบคุมการเปลี่ยนแปลงเบสเพียงตัวเดียวภายในยีนกลายพันธุ์ โอลิโกนิวคลีโอไทด์ถูกออกแบบมาให้จับคู่กับยีนเป้าหมายได้อย่างลงตัว ยกเว้นเบสตรงกลาง ซึ่งเป็นเบสเป้าหมายที่ทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการซ่อมแซม เทคนิคนี้เรียกว่า การซ่อมแซมยีนโดยใช้โอลิโกนิวคลีโอไทด์ การซ่อมแซมยีนแบบกำหนดเป้าหมาย หรือการเปลี่ยนแปลงนิวคลีโอไทด์แบบกำหนดเป้าหมาย

ลองค้นหาคำว่า lipoplexใน Wiktionary ซึ่งเป็นพจนานุกรมออนไลน์ฟรี

เพื่อปรับปรุงการนำส่งดีเอ็นเอใหม่เข้าสู่เซลล์ ดีเอ็นเอจะต้องได้รับการปกป้องจากความเสียหายและมีประจุบวก ในขั้นต้น ลิปิดประจุลบและลิปิดที่เป็นกลางถูกนำมาใช้ในการสร้างลิโปเพล็กซ์สำหรับเวกเตอร์สังเคราะห์ อย่างไรก็ตาม แม้ว่าจะมีพิษน้อย เข้ากันได้กับของเหลวในร่างกาย และสามารถปรับให้มีความจำเพาะต่อเนื้อเยื่อได้ แต่การผลิตลิปิดเหล่านี้มีความซับซ้อนและใช้เวลานาน ดังนั้นจึงหันมาให้ความสนใจกับลิปิดประจุบวกแทน

ลิปิดประจุบวกเนื่องจากมีประจุบวก จึงถูกนำมาใช้เป็นครั้งแรกในการรวมตัวโมเลกุล DNA ที่มีประจุลบ เพื่ออำนวยความสะดวกในการห่อหุ้ม DNA เข้าไปในไลโปโซม ต่อมาพบว่าการใช้ลิปิดประจุบวกช่วยเพิ่มความเสถียรของไลโปเพล็กซ์ได้อย่างมาก นอกจากนี้ ด้วยประจุของมัน ไลโปโซมประจุบวกยังทำปฏิกิริยากับเยื่อหุ้มเซลล์ และ เชื่อกันอย่างกว้างขวางว่า เอนโดไซโทซิสเป็นเส้นทางหลักที่เซลล์ดูดซึมไลโปเพล็กซ์ เอนโดโซมเกิดขึ้นจากผลของเอนโดไซโทซิส อย่างไรก็ตาม หากยีนไม่สามารถถูกปล่อยเข้าสู่ไซโทพลาซึมได้โดยการแตกของเยื่อหุ้มเอนโดโซม ยีนเหล่านั้นจะถูกส่งไปยังไลโซโซม ซึ่ง DNA ทั้งหมดจะถูกทำลายก่อนที่จะสามารถทำหน้าที่ของมันได้ นอกจากนี้ยังพบว่าถึงแม้ลิปิดประจุบวกจะสามารถรวมตัวและห่อหุ้ม DNA เข้าไปในไลโปโซมได้ แต่ประสิทธิภาพการถ่ายทอดทางพันธุกรรมนั้นต่ำมาก เนื่องจากขาดความสามารถในการ "หลุดออกจากเอนโดโซม" อย่างไรก็ตาม เมื่อเติมลิปิดตัวช่วย (โดยปกติจะเป็นลิปิดที่เป็นกลางทางไฟฟ้า เช่น DOPE) เพื่อสร้างลิโปเพล็กซ์ จะสังเกตเห็นประสิทธิภาพการถ่ายโอนยีนที่สูงขึ้นมาก ต่อมามีการค้นพบว่าลิปิดบางชนิดมีความสามารถในการทำให้เยื่อหุ้มเอนโดโซมไม่เสถียร เพื่ออำนวยความสะดวกให้ DNA หลุดออกจากเอนโดโซม ดังนั้นลิปิดเหล่านั้นจึงเรียกว่าลิปิดฟิวโซเจนิก แม้ว่าลิโปโซมประจุบวกจะถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะทางเลือกสำหรับเวกเตอร์นำส่งยีน แต่ก็ยังพบความเป็นพิษที่ขึ้นอยู่กับปริมาณของลิปิดประจุบวก ซึ่งอาจจำกัดการใช้งานทางการรักษาได้^{[ 16 ]}

การใช้งานลิโปเพล็กซ์ที่พบได้บ่อยที่สุดคือการถ่ายทอดยีนเข้าสู่เซลล์มะเร็ง โดยยีนที่ส่งเข้าไปจะไปกระตุ้นยีนควบคุมการยับยั้งเนื้องอกในเซลล์และลดการทำงานของยีนก่อเนื้องอก การศึกษาล่าสุดแสดงให้เห็นว่าลิโปเพล็กซ์มีประโยชน์ในการถ่ายทอดยีนเข้าสู่เซลล์เยื่อบุทางเดินหายใจ

โพลีเมอร์โซม เป็น ไลโปโซมสังเคราะห์( เวสิเคิลที่มีชั้นไขมันสองชั้น ) ที่ทำจาก โคพอ ลิเมอร์บล็อก แอมฟิฟิลิก สามารถบรรจุ สาร ที่ชอบน้ำหรือไม่ชอบน้ำได้และสามารถใช้ในการส่งสารต่างๆ เช่น DNA โปรตีน หรือยาไปยังเซลล์ ข้อดีของโพลีเมอร์โซมเหนือไลโปโซม ได้แก่ ความเสถียรที่มากกว่า ความแข็งแรงเชิงกล ระยะเวลาการไหลเวียนในเลือด และความจุในการจัดเก็บ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}

สารประกอบของพอลิเมอร์กับ DNA เรียกว่าพอลิเพล็กซ์^{[ 16 ] [ 20 ]}พอลิเพล็กซ์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยพอลิเมอร์ประจุบวก และการสร้างพอลิเพล็กซ์นั้นขึ้นอยู่กับการประกอบตัวเองโดยปฏิกิริยาไอออนิก ความแตกต่างที่สำคัญอย่างหนึ่งระหว่างวิธีการทำงานของพอลิเพล็กซ์และไลโปเพล็กซ์คือ พอลิเพล็กซ์ไม่สามารถปล่อย DNA ที่บรรจุอยู่ภายในเข้าสู่ไซโตพลาสซึมได้โดยตรง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการถ่ายทอดร่วมกับสารสลายเอนโดโซม เช่น อะดีโนไวรัสที่ไม่ทำงาน เพื่ออำนวยความสะดวกให้อนุภาคนาโนหลุดออกจากถุงเอนโดไซติกที่เกิดขึ้นระหว่างการดูดซึมอนุภาค อย่างไรก็ตาม ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับกลไกที่ DNA สามารถหลุดออกจากเส้นทางเอนโดไลโซโซมได้ เช่น ผลของฟองน้ำโปรตอน^{[ 21 ]}ได้กระตุ้นกลยุทธ์การสังเคราะห์พอลิเมอร์ใหม่ เช่น การรวมสารตกค้างที่สามารถรับโปรตอนได้ในโครงสร้างหลักของพอลิเมอร์ และได้ฟื้นฟูการวิจัยเกี่ยวกับระบบที่ใช้พอลิแคตไอออน^{[ 22 ]}

เนื่องจากความเป็นพิษต่ำ ความสามารถในการบรรจุสูง และความง่ายในการผลิต นาโนแคริเออร์โพลีแคทไอออนิกจึงมีแนวโน้มที่ดีเมื่อเทียบกับคู่แข่ง เช่น เวกเตอร์ไวรัสซึ่งแสดงภูมิคุ้มกันสูงและอาจก่อให้เกิดมะเร็ง และเวกเตอร์ที่ใช้ไขมันซึ่งก่อให้เกิดความเป็นพิษแบบขึ้นอยู่กับปริมาณโพลีเอทิลีนอิมีน^{[ 23 ]}และไคโตซานเป็นหนึ่งในแคริเออร์โพลีเมอร์ที่ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางสำหรับการพัฒนายาบำบัดด้วยการส่งยีน แคริเออร์โพลีแคทไอออนิกอื่นๆ เช่น โพลี(เบตา-อะมิโนเอสเทอร์) ^{[ 24 ]}และโพลีฟอสโฟรามิเดต^{[ 25 ]}กำลังถูกเพิ่มเข้าไปในคลังของแคริเออร์ยีนที่มีศักยภาพ นอกเหนือจากความหลากหลายของโพลีเมอร์และโคโพลีเมอร์แล้ว ความง่ายในการควบคุมขนาด รูปร่าง และเคมีพื้นผิวของนาโนแคริเออร์โพลีเมอร์เหล่านี้ทำให้พวกมันได้เปรียบในด้านความสามารถในการกำหนดเป้าหมายและใช้ประโยชน์จากผลการซึมผ่านและการกักเก็บที่เพิ่มขึ้น^{[ 26 ]}

เดนดริเมอร์เป็นโมเลกุล ขนาดใหญ่ ที่มีโครงสร้างแตกแขนงมากและมีรูปร่างทรงกลม พื้นผิวของอนุภาคสามารถปรับแต่งได้หลายวิธี และคุณสมบัติหลายอย่างของโครงสร้างที่ได้นั้นถูกกำหนดโดยพื้นผิวของมัน

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สามารถสร้างเดนดริเมอร์ประจุบวกได้ กล่าวคือ เดนดริเมอร์ที่มีประจุบวกที่พื้นผิว เมื่ออยู่ร่วมกับสารพันธุกรรม เช่น DNA หรือ RNA ความเข้ากันได้ของประจุจะนำไปสู่การจับตัวกันชั่วคราวของกรดนิวคลีอิกกับเดนดริเมอร์ประจุบวก เมื่อไปถึงจุดหมายปลายทางแล้ว สารประกอบเดนดริเมอร์-กรดนิวคลีอิกจะถูกนำเข้าสู่เซลล์ผ่านกระบวนการเอนโดไซโทซิส

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา สารนำส่งยีนมาตรฐานคือลิปิดประจุบวก อย่างไรก็ตาม มีรายงานข้อจำกัดของสารนำส่งยีนเหล่านี้ ได้แก่ การไม่สามารถนำส่งยีนไปยังเซลล์บางชนิดได้ ขาดความสามารถในการกำหนดเป้าหมายอย่างแม่นยำ ความไม่เข้ากันกับแบบจำลองสัตว์ และความเป็นพิษ เดนดริเมอร์มีโครงสร้างพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแรงและสามารถควบคุมโครงสร้างโมเลกุลและขนาดได้อย่างแม่นยำ ซึ่งรวมกันแล้วให้ข้อได้เปรียบที่น่าสนใจเมื่อเทียบกับวิธีการที่มีอยู่เดิม

การผลิตเดนดริเมอร์ในอดีตเป็นกระบวนการที่ช้าและมีราคาแพง ประกอบด้วยปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นช้าหลายขั้นตอน ซึ่งเป็นอุปสรรคสำคัญที่จำกัดการพัฒนาเชิงพาณิชย์ บริษัท Dendritic Nanotechnologies ในรัฐมิชิแกนได้ค้นพบวิธีการผลิตเดนดริเมอร์โดยใช้เคมีที่ขับเคลื่อนด้วยจลนศาสตร์ ซึ่งไม่เพียงแต่ลดต้นทุนลงถึงสามเท่า แต่ยังลดเวลาในการทำปฏิกิริยาจากกว่าหนึ่งเดือนเหลือเพียงไม่กี่วัน เดนดริเมอร์ "Priostar" รุ่นใหม่นี้สามารถสร้างขึ้นเพื่อบรรจุดีเอ็นเอหรืออาร์เอ็นเอได้อย่างเฉพาะเจาะจง ซึ่งสามารถถ่ายทอดสารพันธุกรรมเข้าสู่เซลล์ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงโดยมีพิษน้อยหรือไม่มีเลย

อนุภาคนาโนอนินทรีย์ เช่นทองคำซิลิกาเหล็กออกไซด์ (เช่นแมกนีโตเฟคชั่น ) และแคลเซียมฟอสเฟตได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถส่งยีนได้^{[ 27 ]}ข้อดีบางประการของเวกเตอร์อนินทรีย์ ได้แก่ ความเสถียรในการจัดเก็บ ต้นทุนการผลิตต่ำ และบ่อยครั้งที่มีภูมิคุ้มกันต่ำ และทนต่อการโจมตีของจุลินทรีย์ วัสดุขนาดนาโนที่มีขนาดเล็กกว่า 100 นาโนเมตร ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถดักจับDNAหรือRNA ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และช่วยให้หลุดออกจากเอนโดโซมได้โดยไม่เสื่อมสภาพ นอกจากนี้ อนินทรีย์ยังแสดงให้เห็นถึงการถ่ายทอดยีน ในหลอดทดลองที่ดีขึ้น สำหรับเซลล์ที่ยึดติด เนื่องจากความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นและตำแหน่งที่เหมาะสมบนฐานของจานเพาะเลี้ยง ควอนตัมดอทก็ถูกนำมาใช้ประสบความสำเร็จเช่นกัน และช่วยให้สามารถเชื่อมโยงการบำบัดด้วยยีนกับเครื่องหมายเรืองแสงที่เสถียรได้ อนุภาคนาโนอินทรีย์ที่ได้รับการออกแบบก็อยู่ระหว่างการพัฒนาเช่นกัน ซึ่งสามารถใช้สำหรับการส่งยีนและสารบำบัดร่วมกันได้^{[ 28 ]} 

เปปไทด์ที่แทรกซึมผ่านเซลล์ (CPPs) หรือที่รู้จักกันในชื่อโดเมนการส่งผ่านเปปไทด์ (PTDs) คือเปปไทด์ สั้นๆ (< 40 กรดอะมิโน) ที่สามารถผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้อย่างมีประสิทธิภาพในขณะที่จับกับโมเลกุลต่างๆ ด้วยพันธะโควาเลนต์หรือพันธะที่ไม่ใช่โควาเลนต์ จึงช่วยอำนวยความสะดวกให้โมเลกุลเหล่านี้เข้าสู่เซลล์ การเข้าสู่เซลล์เกิดขึ้นโดยหลักผ่านกระบวนการเอนโดไซโทซิสแต่ก็มีกลไกการเข้าสู่เซลล์อื่นๆ ด้วย ตัวอย่างของโมเลกุลที่ขนส่งโดย CPPs ได้แก่กรดนิวคลีอิกไลโปโซมและยาที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ^{[ 29 ] [ 30 ]}

สามารถนำ CPP cargo ไปยังออร์แกเนลล์ของเซลล์ที่เฉพาะเจาะจงได้โดยการรวมลำดับ localizationเข้ากับลำดับ CPP ตัวอย่างเช่นลำดับ nuclear localizationมักใช้เพื่อนำทาง CPP cargo เข้าสู่นิวเคลียส^{[ 31 ]}สำหรับการนำทางเข้าสู่ไมโทคอนเดรีย สามารถใช้ ลำดับ mitochondrial targetingได้ วิธีนี้ใช้ในprotofection (เทคนิคที่ช่วยให้ สามารถแทรก DNA ไมโทคอนเดรีย จากภายนอก เข้าไปในไมโทคอนเดรียของเซลล์ได้) ^{[ 32 ] [ 33 ]}