用一张芯片把你的皮肤组织瞬间变成血管或神经细胞，这听起来实在是太过科幻。然而印第安纳大学和俄亥俄大学的研究人员不但将其成了现实，还将芯片的制作技术全部开源。也就是说如果你掌握所需的医学知识，在五到六天之内就能按照说明书制造出一款自己中意的VIP组织转换芯片！
在这篇刊登于Nature Protocols，名为Fabrication and use of silicon hollow-needle arrays to achieve tissue nanotransfection in mouse tissue in vivo的论文中，印第安纳大学的科学家们详细阐述了这种非侵入式且对人体无害的黑科技。
利用电穿孔技术，你可以在毫秒内将质粒DNA直接导入到小鼠（或自己）皮肤的特定深度，将皮肤转染为血管或神经细胞。
作者称，这种“组织纳米转染技术”（tissue nanotransfection, TNT）所需要的设备是可以标准化批量生产的。“组织纳米转染技术”的最大优点是不需要用病毒作为载体，从而最大限度地降低了炎症反应和细胞死亡的风险。
发明这项技术的印第安纳再生医学和工程中心（Indiana Center For Regenerative Medicine And Engineering）主任Chanda Sen表示：“这篇论文将让更多人一同参与到再生医学中来。”
根据“纳米转染”说明书，改变组织功能共分为三个步骤（共25个具体操作环节）：制备空心微针阵列、制备TNT器件，以及对细胞进行转染。首先要考虑的是使用哪种微针阵列，各种不同形态的微针总有一款适合您。对于在局部皮肤导入质粒DNA，作者建议使用尖端扁平的微针（见图1A）。对于深层组织的导入，作者建议使用尖端锋利的微针以促进组织穿透(见图1B或1C)。
选好款式以后我们就要进行手工制作了。首先需要在双面抛光的4英寸硅（Si100）晶片上覆盖一层光刻胶，然后使用博世（Bosch）工艺对晶片进行深反应离子刻蚀（DRIE）。根据转染需要可以制备三种不同的硅空心微针，包括顶端扁平的一型（图1E，Type I），顶端突出的二型（Type II）或带有偏心孔的三型（Type III）（图1F，g)。后两种尖端锋利的微针阵列更有助于穿透到组织当中。
在芯片制作好之后，需要将其和电穿孔设备进行整合以实现质粒DNA的导入。首先TNT芯片上安装有一个储液器，用来储存有质粒DNA的溶液。为了实现纳米电穿孔，还需要一种精确控制的电脉冲发生器。研究人员用PDMS和固化剂混合，形成可嵌入芯片的PDMS薄膜。之后，芯片的正面、底面和PDMS膜的底面都用等粒子清洗机处理过，然后轻轻地压在一起，在各层之间形成完整的粘合。
当利用电穿孔技术将DNA导入到体内时，所施加的电压决定了DNA分子上的迁移力有多大，从而决定了在恒定脉冲下导入的距离有多远。同时，电压还决定了电穿孔过程中细胞膜上的孔密度和平均孔径。中等电压（100-150 V/mm）可以平衡导入距离和孔隙参数。过高的电压会破坏细胞和组织结构。在实验中，研究人员使用了8到12周大的雄性小鼠。不过这并不代表活体小鼠实验局限于任何性别或年龄，任何小鼠都可以参与。
为了便于TNT芯片能接触到皮肤更深层的细胞组织，实验中的小鼠都被脱毛。之后电脉冲通过装有质粒溶液的储液器和微针达到皮肤。该电脉冲为方波，参数可调。以200 V电压开始，穿孔脉冲电压可以不断增加以促进细胞膜孔隙的形成，之后再以200 V的驱动脉冲将质粒导入组织。较高的电压（>250 V）会增加驱动力，并在细胞膜上产生更大的孔隙，这有助于质粒的传递。但如果电压太大的话就会对细胞产生毒性。
作者表示，这款带有硅空心微针阵列的TNT芯片的最终目标是对组织进行重新编程。在这款芯片的帮助下，实验小鼠避免了后肢的组织坏死，甚至移植到大脑的神经细胞还改善了中风小鼠的神经功能。目前，科学家们还没有在人类身上进行大规模的临床试验。但在制备纳米芯片的方法开源以后，想必会引来大批生物骇客的兴趣。届时又会有怎样神奇的发现，我们拭目以待。