伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校和梅奧診所的一組研究人員設(shè)計了一種新型分子探針，可以在沒有有機染料的情況下測量和計數(shù)細胞和組織中的核糖核酸。該探針基于傳統(tǒng)的熒光原位雜交(FISH)技術(shù)，但它依賴于緊湊的量子點來照射分子和患病細胞，而不是熒光染料。
在過去的50年里，F(xiàn)ISH已經(jīng)發(fā)展成為一個價值數(shù)十億美元的行業(yè)，因為它可以有效地對單個細胞中的DNA和RNA進行成像和計數(shù)。然而，由于染料的微妙性質(zhì)，F(xiàn)ISH有其局限性。例如，染料變質(zhì)很快，在三維成像中不是很好。此外，傳統(tǒng)的FISH一次只能讀取幾個RNA或DNA序列。“通過用量子點代替染料，在沒有任何穩(wěn)定性問題的情況下，我們可以以比以前更高的保真度計算出大量的RNA，”生物工程副教授、研究團隊成員安德魯史密斯說。“此外，我們發(fā)現(xiàn)了細胞內(nèi)分子標記大小的基本極限，揭示了細胞分析的新設(shè)計規(guī)則。”
在2018年10月26日發(fā)表的最新論文中，史密斯和他的團隊確定了《自然通訊》在線版中量子點的最佳尺寸，從而有效利用FISH協(xié)議。這一發(fā)現(xiàn)使基于量子點的熒光原位雜交與目前有機染料獲得的標記精度相匹配。該團隊創(chuàng)造了獨特的量子點，由鋅、硒、鎘和汞合金制成，并涂有聚合物。“點的核心決定了發(fā)射的波長，而殼決定了發(fā)射多少光，”史密斯說，他也隸屬于微納米技術(shù)實驗室、卡爾伊利諾伊醫(yī)學院和材料科學系。伊利諾伊大學工程學院。
這些點可以發(fā)射顏色，而不管粒子大小，而傳統(tǒng)的量子點不是這樣。這些點也足夠小(7納米)，以適應(yīng)可以在細胞中的蛋白質(zhì)和脫氧核糖核酸之間操作的探針，因此它在尺寸上與傳統(tǒng)FISH探針中使用的染料更具可比性。在HeLa細胞和前列腺癌細胞的實驗中，研究人員發(fā)現(xiàn)染料基FISH細胞的數(shù)量在幾分鐘內(nèi)迅速下降?；诹孔狱c的FISH方法提供長期發(fā)光，允許RNA計數(shù)超過10分鐘，從而可以獲得3D細胞成像。
史密斯說：“這很重要，因為細胞和組織的圖像是按照切片的順序獲得的，所以用染料標記的切片在成像前會耗盡。這項研究是伊利諾伊州梅奧聯(lián)盟的一部分，伊利諾伊州的工程師直接與梅奧診所的臨床醫(yī)生和生物學家合作，解決突出的醫(yī)療挑戰(zhàn)。梅奧診所生物標志物發(fā)現(xiàn)組致力于開展基于FISH的腫瘤活檢診斷，以提高癌癥診斷的準確性，選擇個性化治療方案，改善預后。開發(fā)QD-FISH方法是為了滿足生物標志物組的這一需求，該方法需要分析腫瘤細胞中的大量遺傳變化，但當用細針獲得時，只有少量樣本可用，這通常是前列腺癌的情況。
這項研究由梅奧伊利諾伊聯(lián)盟、國家衛(wèi)生研究院和國家科學基金會資助。這篇論文的完整標題是“具有致密量子點的增強型mRNA FISH”。除了史密斯之外，下列伊利諾伊生物工程研究人員也為這項工作做出了貢獻：劉陽、馮樂、宋、和蘇雷什薩卡爾。梅診所的合作伙伴包括科薩里醫(yī)生、斯蒂芬墨菲、約翰切維爾和喬治瓦斯馬齊斯。
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