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量子点取代染料实现稳定3D细胞成像

日期:2018-12-04

一种基于荧光原位杂交(FISH)技术的新型分子探针利用紧凑量子点(QD)代替荧光染料照射分子和患病细胞。伊利诺伊大学厄本那-香槟分校和梅奥(Mayo)诊所的研究团队合作开展了QD的研究,与染料相比,QID标记具有更高的稳定性和准确性。


图1  基于量子点(QD)标记的荧光原位杂交(FISH)技术标记mRNA

FISH中使用的有机染料标记的信号在光激发下会发生迅速恶化,尤其是在3D成像和超分辨率所需的高光子通量下。此外,当使用染料标记时,该技术限于一次同时分析约三个RNA靶标。

到目前为止,尺寸阈值限制了QD在细胞中mRNA标记的用途。为了克服这个问题,研究人员确定了QD的最佳尺寸,以便有效地使用FISH约定。这一发现促使他们开发了基于QD的FISH,与目前用有机染料获得的标记精度相匹配。该研究团队创造了由锌、硒、镉和汞合金制成的QD,并涂覆上聚合物。

“点的核心决定了发射的波长,外壳决定发出多少光,”Andrew Smith教授说。在海拉(HeLa)细胞和前列腺癌细胞的实验中,研究人员发现基于染料的FISH细胞计数在几分钟内迅速下降。基于QD的FISH方法提供了长时间的发光,允许RNA计数超过10分钟,使得获取稳定3D细胞成像成为可能。

“这很重要,因为细胞和组织的图像是按照切片顺序获得的,因此后面用染料标记的切片在被成像之前就被耗尽了,”Smith说。

研究人员认为,QD-FISH特别有利于3D生物标本中的高分辨率基因表达研究,其量化和多重化是主要挑战。

Smith说:“通过用量子点取代染料标记,不存在稳定性的问题,我们可以计算出比以前更高保真度的大量RNA。而且,我们发现了细胞中分子标记尺寸的基本限制,揭示了细胞分析的新设计规则。”

Mayo诊所正致力于开发基于QD-FISH的肿瘤活检诊断,以提高癌症诊断的准确性,发展个性化治疗。

该研究发表在《Nature Communications》(2018)。