Små silicium-ilt-baserede polyeder kommer ind i cellulære kerner for at tænde dem selektivt

Kerner er komplekse, veldefinerede organeller, der bærer genetisk information, der er kritisk for cellen. Visualisering af disse organeller gennem fluorescensbilledteknikker lover at afsløre de mekanismer, der styrer genetisk information og giver måder at forudsige og behandle genetiske sygdomme. Arbejder tæt med Xinhai Zhang ved A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, et forskerhold ledet af Bin Liu ved National University of Singapore har nu udviklet en metode til at oprette ultralette, stærkt selektiv fluorescerende nanoprober til en cellulær kerne billeddannelsesteknik kendt som to-foton exciteret fluorescens (TPEF) mikroskopi.

Forskere har foreslået en række fluorescerende stoffer for at belyse kerner i celler. Imidlertid, lysinducerede fænomener, såsom cellulær autofluorescens og alvorlig fotoskade, har en tendens til at forringe ydeevnen af ​​disse sonder.

I TPEF -teknikken, hver nanoprobe producerer et fluorescerende signal ved ikke at absorbere én, men to lavenergifotoner af nær-infrarødt lys. Denne tofotonproces reducerer betydeligt virkningerne af fotoskader og cellulær autofluorescens, samtidig med at opløsningen forbedres, gør TPEF fordelagtig i forhold til traditionel en-foton fluorescensmikroskopi.

"TPEF-billeddannelse er mere kraftfuld end billeddannelse med én foton, især til in vivo og vævsbilleddannelse, hvor der findes stærk biologisk autofluorescens, ”Siger Zhang.

I stedet for en traditionel trin-for-trin syntese, forskerne vedtog en 'bottom-up' tilgang til at syntetisere nanoproberne til deres TPEF-skema. Disse nanoprober består af små uorganiske silicium -oxygenbure omgivet af korte positivt ladede polymerkæder. Holdet skaffede bure og kæder separat, før de sluttede dem sammen, og syntesen egner sig godt til at producere TPEF-nanoprober med forskellige lysemissionsfarver og biogenkendelsesfunktioner.

Den lille, stive bure letter inkorporeringen af ​​proberne i cellulære kerner, mens de positivt ladede og lysfølsomme kæder bidrager til vandopløselighed og optiske egenskaber. Ifølge Liu, disse funktioner kombineres til i sidste ende at producere TPEF-egnede lysprober.

Teamet opdagede, at fluorescensen af ​​proberne blev væsentligt mere intens ved udsættelse for nukleinsyrer, såsom dobbeltstrenget DNA og RNA. Dette skyldes, at de positivt ladede prober binder tæt til de negativt ladede nukleinsyrer gennem attraktive elektrostatiske interaktioner, forøgelse af probernes mikro-miljømæssige hydrofobicitet og deres fluorescens. Desuden, sonderne farvede selektivt kernerne i brystkræft og raske celler med lav toksicitet.

Forskerne udvider i øjeblikket deres probesamling til at omfatte andre intracellulære målapplikationer. De optimerer også yderligere probernes TPEF -ydelse. ”Disse nanoprober kan åbne op for nye måder at forhøre biologiske systemer på en høj kontrast og sikker måde, ”Siger Zhang.