新型量子點(diǎn)增強(qiáng)細(xì)胞成像

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(shè)計(jì)了一種新型分子探針，可以在沒(méi)有有機(jī)染料的情況下測(cè)量和計(jì)數(shù)細(xì)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(diǎn)來(lái)照射分子和患病細(xì)胞，而不是熒光染料。

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)十億美元的行業(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(gè)RNA或DNA序列。“通過(guò)用量子點(diǎn)代替染料，在沒(méi)有任何穩(wěn)定性問(wèn)題的情況下，我們可以以比以前更高的保真度計(jì)算出大量的RNA，”生物工程副教授、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)胞內(nèi)分子標(biāo)記大小的基本極限，揭示了細(xì)胞分析的新設(shè)計(jì)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(tuán)隊(duì)確定了《自然通訊》在線版中量子點(diǎn)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(diǎn)的熒光原位雜交與目前有機(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?！包c(diǎn)的核心決定了發(fā)射的波長(zhǎng)，而殼決定了發(fā)射多少光，”史密斯說(shuō)，他也隸屬于微納米技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、卡爾伊利諾伊醫(yī)學(xué)院和材料科學(xué)系。伊利諾伊大學(xué)工程學(xué)院。

這些點(diǎn)可以發(fā)射顏色，而不管粒子大小，而傳統(tǒng)的量子點(diǎn)不是這樣。這些點(diǎn)也足夠小(7納米)，以適應(yīng)可以在細(xì)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(xì)胞和前列腺癌細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)染料基FISH細(xì)胞的數(shù)量在幾分鐘內(nèi)迅速下降?；诹孔狱c(diǎn)的FISH方法提供長(zhǎng)期發(fā)光，允許RNA計(jì)數(shù)超過(guò)10分鐘，從而可以獲得3D細(xì)胞成像。

史密斯說(shuō)：“這很重要，因?yàn)榧?xì)胞和組織的圖像是按照切片的順序獲得的，所以用染料標(biāo)記的切片在成像前會(huì)耗盡。這項(xiàng)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(xué)家合作，解決突出的醫(yī)療挑戰(zhàn)。梅奧診所生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)組致力于開(kāi)展基于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，改善預(yù)后。開(kāi)發(fā)QD-FISH方法是為了滿足生物標(biāo)志物組的這一需求，該方法需要分析腫瘤細(xì)胞中的大量遺傳變化，但當(dāng)用細(xì)針獲得時(shí)，只有少量樣本可用，這通常是前列腺癌的情況。

這項(xiàng)研究由梅奧伊利諾伊聯(lián)盟、國(guó)家衛(wèi)生研究院和國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助。這篇論文的完整標(biāo)題是“具有致密量子點(diǎn)的增強(qiáng)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(xiàng)工作做出了貢獻(xiàn)：劉陽(yáng)、馮樂(lè)、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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