Nye kvanteprikker forbedrer cellebilleddannelse

Et team af forskere fra University of Illinois i Urbana-Champaign og Mayo Clinic har konstrueret en ny type molekylær probe, der kan måle og tælle RNA i celler og væv uden organiske farvestoffer. Proben er baseret på den konventionelle fluorescens in situ hybridisering (FISH) teknik, men den er afhængig af kompakte kvanteprikker til at belyse molekyler og syge celler i stedet for fluorescerende farvestoffer.

I løbet af de sidste 50 år, FISH har udviklet sig til en industri på flere milliarder dollar, fordi den effektivt afbilder og tæller DNA og RNA i enkeltceller. Imidlertid, FISH har sine begrænsninger på grund af farvestoffernes sarte karakter. For eksempel, farvestofferne forringes hurtigt og er ikke særlig gode til at afbilde i tre dimensioner. Ud over, konventionel FISH kan kun udlæse et par RNA- eller DNA-sekvenser ad gangen.

"Ved at erstatte farvestoffer med kvanteprikker, der er ingen stabilitetsproblemer overhovedet, og vi kan tælle adskillige RNA'er med højere troskab end før, " sagde Andrew Smith, en lektor i bioteknik og medlem af forskergruppen. "I øvrigt, vi afslørede en fundamental grænse for størrelsen af ​​et molekylært mærke i celler, afslører nye designregler for analyse i celler."

I deres seneste avis, offentliggjort 26. oktober 2018, i online-udgaven af Naturkommunikation , Smith og hans team identificerede en optimal størrelse for kvanteprikker for effektivt at arbejde med FISH-protokollen. Denne opdagelse gjorde det muligt for kvantedot-baseret FISH at matche mærkningsnøjagtigheden, der i øjeblikket opnås med organiske farvestoffer.

Holdet skabte unikke kvanteprikker, der er lavet af en zink, selen, cadmium, og kviksølvlegering og er belagt med polymerer. "Kernen af ​​prikken dikterer emissionens bølgelængde, og skallen dikterer, hvor meget lys der afgives, sagde Smith, som også er tilknyttet Micro + Nanotechnology Lab, Carle Illinois College of Medicine, og Department of Materials Science and Engineering ved University of Illinois.

Disse prikker kan udsende farve uafhængigt af størrelsen af ​​partiklen, hvilket ikke er tilfældet for konventionelle kvanteprikker. Prikkerne er også små nok (7 nanometer) til at passe på en sonde, der kan manøvrere mellem proteiner og DNA i en celle, hvilket gør dem mere sammenlignelige i størrelse med de farvestoffer, der bruges i konventionelle FISH-sonder.

I forsøg med HeLa-celler og prostatacancerceller, forskerne fandt ud af, at antallet af farvestof-baserede FISH-celler faldt hurtigt på få minutter. Den kvantepunktbaserede FISH-metode gav langtidsluminescens for at tillade tælling af RNA i mere end 10 minutter, gør det muligt at erhverve 3-D cellebilleddannelse.

"Dette er vigtigt, fordi billeder af celler og væv erhverves skive for skive i rækkefølge, så senere skiver, der er mærket med farvestoffer, er opbrugt, før de kan afbildes, sagde Smith.