來(lái)自伊利諾伊大學(xué)厄巴納 - 香檳分校和梅奧診所的一組研究人員設計了一種新型分子探針，可以在沒(méi)有有機染料的情況下測量和計數細胞和組織中的RNA。該探針基于傳統的熒光原位雜交(FISH)技術(shù)，但它依賴(lài)于緊湊的量子點(diǎn)來(lái)照射分子和患病細胞而不是熒光染料。
在過(guò)去的50年里，FISH已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)價(jià)值數十億美元的產(chǎn)業(yè)，因為它可以有效地對單個(gè)細胞中的DNA和RNA進(jìn)行成像和計數。然而，由于染料的微妙性質(zhì)，FISH有其局限性。例如，染料迅速劣化并且在三維成像方面不是很好。此外，傳統的FISH一次只能讀出幾個(gè)RNA或DNA序列。“通過(guò)用量子點(diǎn)代替染料，沒(méi)有任何穩定性問(wèn)題，我們可以計算出比以前更高保真度的大量RNA，”生物工程副教授兼研究團隊成員安德魯史密斯說(shuō)。“此外，我們發(fā)現了細胞中分子標記大小的基本限制，揭示了細胞分析的新設計規則。”
在他們于2018年10月26日出版的最新論文中，史密斯和他的團隊在Nature Communications的在線(xiàn)版中確定了量子點(diǎn)的最佳尺寸，以便有效地使用FISH協(xié)議。這一發(fā)現使基于量子點(diǎn)的FISH與目前用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(diǎn)，由鋅，硒，鎘和汞合金制成，并涂有聚合物。“點(diǎn)的核心決定了發(fā)射的波長(cháng)，而外殼決定了發(fā)出多少光，”史密斯說(shuō)，他還隸屬于Micro +納米技術(shù)實(shí)驗室，卡爾伊利諾伊醫學(xué)院和材料科學(xué)系。和伊利諾伊大學(xué)的工程學(xué)院。
這些點(diǎn)可以發(fā)射顏色而與粒子的大小無(wú)關(guān)，而傳統的量子點(diǎn)不是這種情況。這些點(diǎn)也足夠小(7納米)，以適應可在蛋白質(zhì)和細胞中的DNA之間操縱的探針，使其在尺寸上與傳統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(shí)驗中，研究人員發(fā)現基于染料的FISH細胞計數在幾分鐘內迅速下降。基于量子點(diǎn)的FISH方法提供長(cháng)期發(fā)光以允許RNA計數超過(guò)10分鐘，使得可以獲得3D細胞成像。
“這很重要，因為細胞和組織的圖像是按照切片順序獲得的，因此后來(lái)用染料標記的切片在被成像之前就被耗盡了，”史密斯說(shuō)。該研究是Mayo Illinois Alliance的一部分，伊利諾伊州的工程師直接與Mayo Clinic的臨床醫生和生物學(xué)家合作，以解決突出的醫療挑戰。Mayo Clinic Biomarker Discovery Group正致力于開(kāi)發(fā)基于FISH的腫瘤活檢診斷，以提高癌癥診斷的準確性，選擇個(gè)性化治療方案，并改善預后。開(kāi)發(fā)QD-FISH方法是為了滿(mǎn)足生物標記物組的這種需要，該組需要分析腫瘤細胞中的大量遺傳變化，當用細針獲得時(shí)，只有少量標本可用，這在前列腺癌中通常就是這種情況。 。
該研究由梅奧伊利諾伊州聯(lián)盟，國立衛生研究院和國家科學(xué)基金會(huì )資助。該論文的完整標題是“具有緊湊量子點(diǎn)的增強型mRNA FISH”。除了史密斯之外，以下伊利諾伊州生物工程研究人員為這項工作做出了貢獻：楊柳，Phuong Le，宋俊林，梁馬和Suresh Sarkar。梅奧診所的合作者包括：Farhad Kosari博士，Stephen Murphy，John Cheville和George Vasmatzis。
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