Fluorescentiespectroscopie is onmisbaar in de biomedische diagnostiek. Je kunt fluorescentie aanzetten als een zaklamp in een donkere kamer. Een diagnostische test kan worden ontworpen om te labelen, bijvoorbeeld, een specifiek molecuul DNA met een fluorescerende sonde. Als dat specifieke DNA-molecuul aanwezig is, je ziet fluorescentie of een verandering in de fluorescentie.

Soms stopt een anders fluorescerend molecuul voor een korte tijd met het uitstralen van licht. Dit wordt fluorescentie knipperen genoemd, wat het moeilijk kan maken om biomoleculen te detecteren in de ultralage concentraties die nodig zijn voor ziektediagnostiek. Een manier om tegelijkertijd het knipperen voor diagnostiek te verminderen en bruikbare biochemische informatie uit het knipperen te halen voor basisonderzoek zou het beste van twee werelden zijn.

In een recent gepubliceerd onderzoek in Angewandte Chemie , onderzoekers van de Universiteit van Osaka gebruikten een bekend molecuul, afgekort als COT - een fotostabilisator - om het knipperen van de fluorescentie in biochemische tests te moduleren. De onderzoekers gebruikten COT om de architectuur van DNA-moleculen te onderzoeken en om een ​​kanker-RNA-biomarker te detecteren bij ultralage concentraties.

"COT onderdrukt het knipperen van de fluorescentie, en zo de fluorescentie verhoogt, door in fysiek contact te komen met de fluorofoor, " legt Jie Xu uit, hoofdauteur. "In tegenstelling tot, het moduleren van emissie door een veelgebruikte techniek die bekend staat als fluorescentieresonantie-energieoverdracht, TOBBEN, werkt alleen over veel langere afstanden - in het gebied van 1 tot 10 nanometer - en alleen op een nanoseconde tijdschaal."

De onderzoekers testten hun opstelling eerst op dubbelstrengs DNA met daarin een interne spacer. Toen COT aan het ene uiteinde van de spacer zat en de fluorofoor aan het andere uiteinde, er was meer fluorescentie dan wanneer COT niet aanwezig was. Echter, fluorescentie knipperen was niet volledig geëlimineerd. De onderzoekers maakten hiervan misbruik door te testen hoe de chemische architectuur van de spacer het knipperen moduleert.

"Toenemende lengte van de spacer en toenemende pi-stapelinteracties - niet-covalente interacties tussen aromatische ringen - in de spacer verhoogde de tijd van de fluorofoor in de 'uit'-toestand, " zegt Kiyohiko Kawai, senior auteur. "FRET kan geen informatie geven over biomoleculaire dynamiek over deze subnanometerafstanden."

De onderzoekers ontdekten vervolgens ultrakleine concentraties van een RNA-molecuul dat een biomarker is voor veel kankers. Ze bevestigden eerst een fluorescerende sonde met COT op een glasplaatje. De sonde was zodanig ontworpen dat binding aan de RNA-biomarker de fluorescentie van de sonde zou verhogen.

"Binding aan het doel-RNA verminderde de tijd van de sonde in de uit-stand met de helft, " zegt Xu. "Dit biedt een duidelijk middel om een ​​kankerbiomarker te detecteren."

Detectie van een ziektegerelateerd biomolecuul bij ultralage concentraties, mogelijk gemaakt met deze techniek, kan een manier zijn om een ​​ziekte in een vroeg stadium te diagnosticeren en de behandeling te vergemakkelijken. Verder, veel fundamentele biochemische onderzoeksstudies zijn mogelijk nu onderzoekers moleculaire bewegingen op subnanometerschaal en over brede tijdschalen kunnen onderzoeken.