在過(guò)去的50年里，F(xiàn)ISH已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)價(jià)值數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)，因?yàn)樗梢杂行У貙?duì)單個(gè)細(xì)胞中的DNA和RNA進(jìn)行成像和計(jì)數(shù)。然而，由于染料的微妙性質(zhì)，F(xiàn)ISH有其局限性。例如，染料迅速劣化并且在三維成像方面不是很好。此外，傳統(tǒng)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(wěn)定性問(wèn)題，我們可以計(jì)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(tuán)隊(duì)成員安德魯史密斯說(shuō)。“此外，我們發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞中分子標(biāo)記大小的基本限制，揭示了細(xì)胞分析的新設(shè)計(jì)規(guī)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(tuán)隊(duì)在Nature Communications的在線版中確定了量子點(diǎn)的最佳尺寸，以便有效地使用FISH協(xié)議。這一發(fā)現(xiàn)使基于量子點(diǎn)的FISH與目前用有機(jī)染料獲得的標(biāo)記精度相匹配。該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了獨(dú)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(zhǎng)，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(yàn)室，卡爾伊利諾伊醫(yī)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(tǒng)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(yīng)可在蛋白質(zhì)和細(xì)胞中的DNA之間操縱的探針，使其在尺寸上與傳統(tǒng)FISH探針中使用的染料更具可比性。在HeLa細(xì)胞和前列腺癌細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)基于染料的FISH細(xì)胞計(jì)數(shù)在幾分鐘內(nèi)迅速下降。基于量子點(diǎn)的FISH方法提供長(zhǎng)期發(fā)光以允許RNA計(jì)數(shù)超過(guò)10分鐘，使得可以獲得3D細(xì)胞成像。

“這很重要，因?yàn)榧?xì)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(biāo)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(yī)生和生物學(xué)家合作，以解決突出的醫(yī)療挑戰(zhàn)。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(zhǔn)確性，選擇個(gè)性化治療方案，并改善預(yù)后。開(kāi)發(fā)QD-FISH方法是為了滿足生物標(biāo)記物組的這種需要，該組需要分析腫瘤細(xì)胞中的大量遺傳變化，當(dāng)用細(xì)針獲得時(shí)，只有少量標(biāo)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(guó)立衛(wèi)生研究院和國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助。該論文的完整標(biāo)題是“具有緊湊量子點(diǎn)的增強(qiáng)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(xiàng)工作做出了貢獻(xiàn)：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。