新型量子点增强细胞成像

来自伊利诺伊大学香槟分校和梅奥诊所的一组研究人员设计了一种新型分子探针，可以在没有有机染料的情况下测量和计数细胞和组织中的RNA。这种探针基于传统的荧光原位杂交(FISH)技术，但它依赖于紧凑的量子点来照射分子和病变细胞，而不是荧光染料。

在过去的50年里，FISH已经发展成为一个价值数十亿美元的产业，因为它可以有效地对单个细胞中的DNA和RNA进行成像和计数。然而，由于染料的微妙性质，FISH有其局限性。比如染料变质快，三维成像不太好。此外，传统的FISH一次只能读出几个RNA或DNA序列。“通过用量子点取代染料，在没有任何稳定性问题的情况下，我们可以计算出比以前更高保真的大量RNA，”生物工程副教授和研究小组成员安德鲁史密斯说。“此外，我们发现了细胞中分子标记大小的基本限制，揭示了细胞分析的新设计规则。”

在2018年10月26日发表的最新论文中，史密斯和他的团队在《自然通讯》网络版上确定了量子点的最佳尺寸，以便有效地使用FISH协议。这一发现使得基于量子点的FISH达到了目前有机染料获得的标记精度。该团队创造了独特的量子点，由锌、硒、镉和汞合金制成，并涂有聚合物。“点的核心决定了发射的波长，而外壳决定了发射的光量，”史密斯说，他也是卡尔伊利诺伊医学院微纳米技术实验室和材料科学系的成员。伊利诺伊大学工程学院。

无论颗粒大小如何，这些点都可以发出颜色，而传统量子点则不是这样。这些点也足够小(7纳米)，以适应可以在细胞中的蛋白质和DNA之间操作的探针，使它们在大小上更接近传统FISH探针中使用的染料。在HeLa细胞和前列腺癌细胞的实验中，研究人员发现，染料基鱼细胞的数量在几分钟内迅速下降。基于量子点的FISH方法提供了长期发光以允许RNA计数超过10分钟，从而可以获得3D细胞成像。

“这很重要，因为细胞和组织的图像是按照切片的顺序获得的，所以后来用染料标记的切片在成像之前就已经耗尽了，”史密斯说。这项研究是梅奥伊利诺伊联盟的一部分，伊利诺伊工程师直接与梅奥诊所的临床医生和生物学家合作，解决突出的医学挑战。Mayclinic生物标志物发现组致力于开发基于FISH的肿瘤活检诊断，以提高癌症诊断的准确性，选择个性化的治疗方案，改善预后。QD-FISH方法就是为了满足这种生物标志物组的需要而发展起来的，它需要分析肿瘤细胞中大量的基因变化。当用细针获取时，只有少数标本可用，这通常是前列腺癌的情况。

这项研究由梅奥伊利诺斯联盟、国家卫生研究院和国家科学基金会资助。这篇论文的全称是“紧凑型量子点增强mRNA鱼”。除了史密斯之外，下列伊利诺伊州生物工程研究人员也参与了这项工作：冯乐、宋、和苏雷什萨卡。梅奥诊所的合作伙伴包括：法尔哈德科萨里博士、斯蒂芬墨菲、约翰切维尔和乔治瓦斯马齐斯。

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