Ett team av forskare från University of Illinois i Urbana-Champaign och Mayo Clinic har konstruerat en ny typ av molekylär sond som kan mäta och räkna RNA i celler och vävnader utan organiska färgämnen. Sonden är baserad på den konventionella tekniken för fluorescens in situ hybridisering (FISH), men det förlitar sig på kompakta kvantprickar för att belysa molekyler och sjuka celler snarare än fluorescerande färgämnen.

Under de senaste 50 åren, FISH har utvecklats till en mångmiljardindustri eftersom den effektivt avbildar och räknar DNA och RNA i enstaka celler. Dock, FISH har sina begränsningar på grund av färgämnenas känsliga natur. Till exempel, färgämnena försämras snabbt och är inte särskilt bra på att avbilda i tre dimensioner. Dessutom, konventionella FISH kan bara läsa ut ett par RNA- eller DNA-sekvenser åt gången.

"Genom att ersätta färgämnen med kvantprickar, det finns inga som helst stabilitetsproblem och vi kan räkna många RNA med högre trohet än tidigare, sa Andrew Smith, en docent i bioteknik och medlem av forskargruppen. "Dessutom, vi upptäckte en grundläggande gräns för storleken på en molekylär märkning i celler, avslöjar nya designregler för analys i celler."

I deras senaste tidning, publicerad 26 oktober, 2018, i nätupplagan av Naturkommunikation , Smith och hans team identifierade en optimal storlek för kvantprickar för att effektivt kunna arbeta med FISH-protokollet. Denna upptäckt gjorde det möjligt för kvantpunktsbaserad FISH att matcha märkningsnoggrannheten som för närvarande erhålls med organiska färgämnen.

Teamet skapade unika kvantprickar som är gjorda av en zink, selen, kadmium, och kvicksilverlegering och är belagda med polymerer. "Prickens kärna dikterar emissionens våglängd, och skalet dikterar hur mycket ljus som kommer att avges, sa Smith, som också är ansluten till Micro + Nanotechnology Lab, Carle Illinois College of Medicine, och Institutionen för materialvetenskap och teknik vid University of Illinois.

Dessa prickar kan avge färg oberoende av storleken på partikeln, vilket inte är fallet för konventionella kvantprickar. Prickarna är också tillräckligt små (7 nanometer) för att passa på en sond som kan manövrera mellan proteiner och DNA i en cell, vilket gör dem mer jämförbara i storlek med färgämnena som används i konventionella FISH-sonder.

I experiment med HeLa-celler och prostatacancerceller, forskarna fann att antalet färgämnen baserade FISH-celler minskade snabbt på några minuter. Den kvantprickbaserade FISH-metoden gav långvarig luminescens för att möjliggöra räkning av RNA i mer än 10 minuter, gör det möjligt att förvärva 3D-cellavbildning.

"Detta är viktigt eftersom bilder av celler och vävnader förvärvas skiva för skiva i sekvens, så senare skivor som är märkta med färgämnen är utarmade innan de kan avbildas, sa Smith.