Een team van onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign en Mayo Clinic heeft een nieuw type moleculaire sonde ontwikkeld die RNA in cellen en weefsel kan meten en tellen zonder organische kleurstoffen. De probe is gebaseerd op de conventionele fluorescentie in situ hybridisatie (FISH) techniek, maar het vertrouwt op compacte kwantumstippen om moleculen en zieke cellen te verlichten in plaats van fluorescerende kleurstoffen.

In de afgelopen 50 jaar, FISH is geëvolueerd tot een miljardenindustrie omdat het DNA en RNA in afzonderlijke cellen effectief afbeeldt en telt. Echter, FISH heeft zijn beperkingen vanwege de delicate aard van de kleurstoffen. Bijvoorbeeld, de kleurstoffen verslechteren snel en zijn niet erg goed in beeldvorming in drie dimensies. In aanvulling, conventionele FISH kan slechts een paar RNA- of DNA-sequenties tegelijk uitlezen.

"Door kleurstoffen te vervangen door kwantumstippen, er zijn helemaal geen stabiliteitsproblemen en we kunnen talloze RNA's tellen met een hogere betrouwbaarheid dan voorheen, " zei Andrew Smit, een universitair hoofddocent Bioengineering en lid van het onderzoeksteam. "Bovendien, we hebben een fundamentele limiet ontdekt voor de grootte van een moleculair label in cellen, onthullende nieuwe ontwerpregels voor analyse in cellen."

In hun laatste krant gepubliceerd op 26 oktober 2018, in de online editie van Natuurcommunicatie , Smith en zijn team identificeerden een optimale grootte voor kwantumdots om effectief met het FISH-protocol te kunnen werken. Deze ontdekking stelde op kwantumdot gebaseerde FISH in staat om de etiketteringsnauwkeurigheden te evenaren die momenteel worden verkregen met organische kleurstoffen.

Het team creëerde unieke kwantumdots die zijn gemaakt van een zink, selenium, cadmium, en kwiklegering en zijn bekleed met polymeren. "De kern van de stip dicteert de golflengte van emissie, en de schaal bepaalt hoeveel licht er wordt afgegeven, " zei Smit, die ook verbonden is aan het Micro + Nanotechnology Lab, Carle Illinois College of Medicine, en Department of Materials Science and Engineering aan de Universiteit van Illinois.

Deze stippen kunnen kleur uitzenden, onafhankelijk van de grootte van het deeltje, wat niet het geval is voor conventionele kwantumdots. De stippen zijn ook klein genoeg (7 nanometer) om op een sonde te passen die tussen eiwitten en DNA in een cel kan manoeuvreren, waardoor ze qua grootte beter vergelijkbaar zijn met de kleurstoffen die worden gebruikt in conventionele FISH-sondes.

In experimenten met HeLa-cellen en prostaatkankercellen, de onderzoekers ontdekten dat het aantal FISH-cellen op kleurstofbasis binnen enkele minuten snel afnam. De op kwantumpunt gebaseerde FISH-methode zorgde voor langdurige luminescentie om het tellen van RNA gedurende meer dan 10 minuten mogelijk te maken, waardoor het mogelijk wordt om 3D-celbeeldvorming te verwerven.

"Dit is belangrijk omdat beelden van cellen en weefsels stuk voor stuk in volgorde worden verkregen, dus latere plakjes die met kleurstoffen zijn gelabeld, zijn uitgeput voordat ze kunnen worden afgebeeld, " zei Smit.