細(xì)胞融合是20 世紀(jì)初發(fā)展起來的一種細(xì)胞工程技術(shù),可以在一定的誘導(dǎo)因素作用下使兩個(gè)或多個(gè)同源或者異源細(xì)胞(原生質(zhì)體)相互接觸,進(jìn)而發(fā)生膜融合、胞質(zhì)融合和核融合,從而形成雜種細(xì)胞。細(xì)胞融合所形成的新細(xì)胞(雜合細(xì)胞)得到了來自兩個(gè)父本細(xì)胞的遺傳物質(zhì),因而具有新的遺傳學(xué)或生物學(xué)特性。細(xì)胞融合逐漸成為細(xì)胞工程的一項(xiàng)核心技術(shù),它不僅為核質(zhì)相互關(guān)系、基因調(diào)控、遺傳互補(bǔ)、腫瘤發(fā)生、基因定位、衰老控制等領(lǐng)域的研究提供了有力手段,而且在遺傳學(xué)、動(dòng)植物遠(yuǎn)緣雜交育種、發(fā)育生物學(xué)、免疫學(xué)、醫(yī)藥、食品以及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用價(jià)值。它已成為雜交育種、藥物篩選、單克隆抗體制備、哺乳動(dòng)物克隆以及抗癌疫苗研發(fā)等現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)研究中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。細(xì)胞融合的誘導(dǎo)可以利用生物、化學(xué)和物理等因素。相應(yīng)地,細(xì)胞融合方法也可以分為病毒融合法、化學(xué)融合法、電融合法、激光融合法等。其中,由于其具有可控性強(qiáng)、操作簡便、對細(xì)胞無毒害等優(yōu)點(diǎn),細(xì)胞電融合方法的應(yīng)用最為廣泛。但是,傳統(tǒng)電融合方法中,過高的工作電壓對實(shí)驗(yàn)者以及實(shí)驗(yàn)細(xì)胞都具有不安全因素,對系統(tǒng)的整體電氣安全性提出了很高要求。融合裝置體積和細(xì)胞樣品消耗大,融合效率和通量較低,實(shí)驗(yàn)觀察和分析不方便,這些都限制了電融合方法的進(jìn)一步推廣。
       隨著微機(jī)電系統(tǒng)(Micro electro mechanical systems, MEMS)和微加工技術(shù)的發(fā)展,20 世紀(jì)末科學(xué)家提出了細(xì)胞電融合芯片技術(shù),研制出集成有微通道和微電極等微結(jié)構(gòu)的融合芯片。由于融合電極間距大大縮小,芯片對工作電壓要求也大為降低,從而提高了實(shí)驗(yàn)過程的安全性。同時(shí),與細(xì)胞尺寸相當(dāng)?shù)奈⒔Y(jié)構(gòu)可以更精確地操作細(xì)胞,使細(xì)胞配對的準(zhǔn)確率和融合率都有很大提高。而且,在芯片上可以集成細(xì)胞進(jìn)樣、篩選等模塊,可以滿足安全、高效、多功能、便攜等要求。

       細(xì)胞電融合的電學(xué)及生物學(xué)基礎(chǔ)
       細(xì)胞電融合包括3個(gè)連續(xù)的階段:待融合的細(xì)胞緊密接觸;細(xì)胞膜在電脈沖作用下穿孔;細(xì)胞間借助膜孔進(jìn)行物質(zhì)交換,進(jìn)而融合成一個(gè)新的雜合細(xì)胞。在含離子的電解質(zhì)溶液中,細(xì)胞可視為非帶電球形顆粒,外加電場可以引起細(xì)胞膜兩邊的電解質(zhì)離子極化形成電偶極子。細(xì)胞在介電電泳力的作用下運(yùn)動(dòng),相互靠在一起形成細(xì)胞串珠。在電場作用下,細(xì)胞膜兩邊的電解質(zhì)離子極化形成膜電位差,其形成時(shí)間通常為幾微秒。膜電壓對膜產(chǎn)生一定的壓力,受壓后,膜變薄。當(dāng)膜的厚度達(dá)到臨界厚度時(shí),膜就會(huì)因不穩(wěn)定而形成穿孔,此時(shí)的電壓為臨界電壓。如果穿孔區(qū)域位于兩細(xì)胞緊接的地方,穿孔處的膜會(huì)互相連接形成通道。如果穿孔電壓足夠大,通道就可以大到能使兩個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)交流。當(dāng)細(xì)胞膜穿孔可逆時(shí),細(xì)胞膜將在穿孔消失的過程中重建,兩個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞膜連在一起,最終合并形成一個(gè)新的雜種細(xì)胞。