リポフェクション

リポフェクション（lipofection）は、リポソームトランスフェクション（liposome transfection）とも呼ばれる、細胞生物学や分子生物学研究において極めて重要な技術であるトランスフェクションの一種です。

トランスフェクションとは、細胞の外から細胞内に、特定のDNAやRNAといった遺伝物質やその他の分子を人為的に導入する一連の技術を指します。細胞は通常、外部からの大きな分子や遺伝物質が容易に侵入できないように、細胞膜というバリアーを持っています。この強固な細胞膜を乗り越えて目的の物質を細胞内に送り込むために、様々な手法が開発されており、リポフェクションはその中でも代表的な化学的な導入方法の一つです。

リポフェクションの基本的な原理は、リポソームという特殊な構造体を利用することにあります。リポソームは、細胞膜と同じリン脂質が二重層を形成してできた、球状の微細な小胞（袋状の構造）です。リン脂質は、水になじみやすい「親水性」の頭部と、油になじみやすい「疎水性」の尾部を持ち、水溶液中ではこの性質によって自然と二重層を形成し、内側に水相の空間を持つ小胞を作ります。このリポソーム内部の水相空間や、リポソームを構成する脂質膜そのものに、導入したい遺伝物質（例えばDNAプラスミドや合成RNAなど）を封入したり、あるいは遺伝物質とリポソームを混合して複合体（リポプレックス）を形成させたりします。

遺伝物質を封入または結合させたリポソームを、培養している細胞に加えると、リポソームは細胞膜に近づきます。リポソームの脂質膜と細胞膜は共にリン脂質二重層で構成されているため、互いに非常に親和性が高い性質を持っています。この親和性により、リポソームと細胞膜が融合したり、あるいは細胞がリポソームをエンドサイトーシス（細胞が外部の物質を取り込む際に膜を使って小胞を作り、細胞内に引き込むメカニズム）によって積極的に取り込んだりします。

融合の場合、リポソームの内部に閉じ込められていた遺伝物質は、直接細胞質へと放出されます。エンドサイトーシスの場合、リポソームは一旦細胞膜に包まれた小胞（エンドソーム）として細胞内に取り込まれますが、その後エンドソームからの脱出過程を経て、封入されていた遺伝物質が細胞質に到達します。細胞質に到達した遺伝物質は、RNAであればそのまま機能したり、DNAであれば核内へ移行して細胞のゲノムに組み込まれたり（安定導入）、一時的に核内で機能を発現したり（一過性導入）します。

リポフェクション技術の基礎は、1987年にFelgnerらによって報告された研究に遡ります。彼らは、特定のカチオン性脂質（正に帯電した脂質）を用いることで、負に帯電しているDNAとの効率的な複合体形成と細胞内導入が可能であることを示し、この手法がその後の遺伝子導入研究において広く利用される契機となりました。

トランスフェクション技術にはリポフェクションの他にも様々な方法が存在します。例えば、電気パルスを用いて細胞膜に一時的な孔を開けて遺伝物質を導入する物理的な手法であるエレクトロポレーションや、微細なガラス針を用いて細胞核や細胞質に直接遺伝物質を注入する物理的な手法であるマイクロインジェクションなどがあります。これらの手法は、細胞の種類、導入する遺伝物質の種類、導入の目的（安定導入か一過性導入かなど）に応じて使い分けられます。リポフェクションは化学的な手法に分類され、細胞へのダメージが比較的少ないとされますが、導入効率が細胞種や試薬によって大きく異なる場合があります。どの手法を選択するにしても、遺伝物質が細胞膜という生体膜をどのように通過し、細胞内へ届けられるかという理解が不可欠であり、細胞膜の構造と機能に関する知識が技術の基盤となります。

現代では、様々な改良が加えられたリポフェクション試薬が開発・市販されており、研究室での遺伝子導入実験に広く用いられています。また、遺伝子治療やmRNAワクチンなどのデリバリーシステムとしても応用・発展が見られます。

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