新型量子点增强细胞成像

伊利诺伊大学厄巴纳-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核糖核酸。该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患病细胞，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行业，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。例如，染料变质很快，在三维成像中不是很好。此外，传统的FISH一次只能读取几个RNA或DNA序列。“通过用量子点代替染料，在没有任何稳定性问题的情况下，我们可以以比以前更高的保真度计算出大量的RNA，”生物工程副教授、研究团队成员安德鲁史密斯说。“此外，我们发现了细胞内分子标记大小的基本极限，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，史密斯和他的团队确定了《自然通讯》在线版中量子点的最佳尺寸，从而有效利用FISH协议。这一发现使基于量子点的荧光原位杂交与目前有机染料获得的标记精度相匹配。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，而壳决定了发射多少光，”史密斯说，他也隶属于微纳米技术实验室、卡尔伊利诺伊医学院和材料科学系。伊利诺伊大学工程学院。

这些点可以发射颜色，而不管粒子大小，而传统的量子点不是这样。这些点也足够小(7纳米)，以适应可以在细胞中的蛋白质和脱氧核糖核酸之间操作的探针，因此它在尺寸上与传统FISH探针中使用的染料更具可比性。在HeLa细胞和前列腺癌细胞的实验中，研究人员发现染料基FISH细胞的数量在几分钟内迅速下降。基于量子点的FISH方法提供长期发光，允许RNA计数超过10分钟，从而可以获得3D细胞成像。

史密斯说：“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，所以用染料标记的切片在成像前会耗尽。这项研究是伊利诺伊州梅奥联盟的一部分，伊利诺伊州的工程师直接与梅奥诊所的临床医生和生物学家合作，解决突出的医疗挑战。梅奥诊所生物标志物发现组致力于开展基于FISH的肿瘤活检诊断，以提高癌症诊断的准确性，选择个性化治疗方案，改善预后。开发QD-FISH方法是为了满足生物标志物组的这一需求，该方法需要分析肿瘤细胞中的大量遗传变化，但当用细针获得时，只有少量样本可用，这通常是前列腺癌的情况。

这项研究由梅奥伊利诺伊联盟、国家卫生研究院和国家科学基金会资助。这篇论文的完整标题是“具有致密量子点的增强型mRNA FISH”。除了史密斯之外，下列伊利诺伊生物工程研究人员也为这项工作做出了贡献：刘阳、冯乐、宋、和苏雷什萨卡尔。梅诊所的合作伙伴包括科萨里医生、斯蒂芬墨菲、约翰切维尔和乔治瓦斯马齐斯。

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