线性化聚乙烯亚胺 水溶性 高阳离子电荷密度的合成聚合物

线性化聚乙烯亚胺（PEI）是一种水溶性、高阳离子电荷密度的合成聚合物。CAS号为26913-06-4的线性PEI是专为基因递送与细胞转染设计的高品质试剂，常见分子量为25,000 Da（PEI 25K）或40,000 Da（PEI 40K）。作为非病毒载体领域的“金标准”之一，它被广泛应用于基础生命科学研究、重组蛋白生产、抗体工艺开发以及基因治疗病毒载体的制备。

1. 化学与物理性质

性质                                   描述

化学名称                          聚乙烯亚胺，线性型

CAS号                                26913-06-4

分子式                               (C₂H₅N)ₙ，n约为580～930（对应25k～40k Da）

外观                                   白色至类白色固体或冻干粉末，或为无菌澄清溶液（取决于供应商）

溶解性                               易溶于水、甲醇、乙醇，不溶于丙酮、乙醚

pH（1%水溶液）         约10～11（碱性）

电荷密度                          极高，每单体单元约含一个可质子化氮原子

线性PEI的主链为直链结构，区别于支链PEI。其所有可质子化的氮原子均位于骨架链上，因此与DNA的结合更规则、复合物更稳定，细胞毒性相对较低。

2. 作用原理

线性PEI的核心功能是作为阳离子聚合物转染试剂，将核酸（质粒DNA、mRNA、siRNA等）高效递送至真核细胞内部。

机制步骤：

静电复合：带强正电荷的PEI与带负电荷的核酸磷酸骨架通过静电作用自发形成纳米级“PEI-核酸复合物”（polyplex）。

细胞摄取：复合物表面过剩的正电荷与细胞膜上带负电的蛋白聚糖结合，通过网格蛋白或小窝蛋白介导的内吞作用进入细胞。

内涵体逃逸：PEI的“质子海绵效应”是其关键优势。在内吞形成的酸性内涵体中，PEI的胺基大量吸收质子，伴随氯离子涌入，导致渗透压升高、内涵体胀破，将核酸释放到细胞质。

核递送：DNA进一步依靠核定位信号或细胞分裂时核膜解体进入细胞核，实现外源基因的表达。

3. 主要用途

3.1 瞬时转染生产重组蛋白与抗体

应用领域：生物制药行业，如单克隆抗体、重组抗原、细胞因子、酶的生产。

典型宿主：悬浮HEK293细胞、CHO细胞。

优势：可在无血清培养基中直接使用，转染后4～6天即可收获目标蛋白，工艺简单、成本远低于脂质体转染试剂。

3.2 病毒载体制备

应用：生产用于基因治疗和疫苗研究的腺相关病毒（AAV）、慢病毒、腺病毒。

特点：PEI转染可实现高包装效率，且易于线性放大至生物反应器规模（数升至数千升）。

3.3 基础科学研究

基因过表达与敲低实验。

报告基因分析（荧光素酶、GFP等）。

蛋白质相互作用、启动子功能研究。

适用于多种贴壁细胞系：HEK293、HEK293T、HeLa、HepG2、NIH/3T3、Vero等。

4. 产品特点与优势

特点                        说明

高转染效率            在HEK293等细胞中效率可达80%～95%，媲美顶尖商业脂质体试剂

低细胞毒性            线性结构较支链PEI毒性显著降低，优化条件下细胞存活率>90%

血清兼容性            可在含10%胎牛血清（FBS）的完全培养基中操作，无需更换培养基

性价比极高            与脂质体相比，每批次成本降低1～2个数量级，尤其适合大规模生产

工艺可放大性        从96孔板到1000 L生物反应器均可使用，转染条件线性可调

化学定义明确        无动物源成分，符合生物制药质量控制要求

5. 典型使用方案（以PEI 25K转染HEK293贴壁细胞为例）

以下为参考流程，具体条件需针对细胞系和核酸进行优化。

溶液配制：用无菌注射用水（WFI）配制1 mg/mL PEI储存液，调节pH至6.8～7.2，0.22 µm滤膜除菌，分装后-20℃长期保存。

DNA-PEI复合物制备：

使用无血清培养基（如Opti-MEM）分别稀释DNA和PEI。

推荐质量比：DNA : PEI = 1 : 3（例如1 µg DNA + 3 µg PEI）。

混合：将稀释的PEI溶液快速加入稀释的DNA溶液中，涡旋混匀，室温静置15～20分钟。

转染：将复合物直接滴加到含完全培养基（含血清）的细胞中，轻轻摇匀。

检测：转染后48～72小时检测基因表达。

对于悬浮细胞大规模转染，需使用无血清培养基，并控制细胞密度在2～3×10⁶ cells/mL，DNA用量为0.5～1 µg/mL培养体积。

6. 储存与稳定性

固体粉末：干燥、避光、室温（15～25℃）下可保存2年。

无菌溶液（1 mg/mL，pH 7.0）：4℃可稳定保存6个月；-20℃可保存1年以上，避免反复冻融。

工作液（稀释后）：建议即配即用，不宜放置超过1小时。

7. 注意事项

PEI具有强正电性，避免与带负电的聚合物（如肝素、硫酸葡聚糖、部分蛋白质）直接混合。

操作时佩戴手套、护目镜，防止吸入粉尘或接触皮肤黏膜（具有刺激性）。

不可使用含碳酸氢盐或磷酸盐缓冲液稀释PEI储存液，可能产生沉淀。推荐使用150 mM NaCl或纯水。

不同细胞类型的最佳DNA/PEI比例差异较大（常见1:1.5至1:4），建议在正式实验前进行梯度优化。