Применение квантовых точек в качестве флуорофоров в медицине и биологии
Свойства квантовых точек (КТ) позволяют использовать их во всех системах флуоресцентного мечения и визуализации биологических объектов. Исключение составляют только флуоресцентные внутриклеточные метки, экспрессируемые генетически - широко известные флуоресцентные белки. КТ можно вводить в объект непосредственно или «пришитыми» к распознающим молекулам (например, антителам или олигонуклеотидам). Проникновение КТ в клетки и их внутриклеточное распределение определяется свойствами примененных нанокристаллов. Например, нанокристаллы разных размеров по-разному проникают сквозь биологические мембраны. Поскольку размер нанокристалла в составе КТ определяет спектр ее флуоресценции, разные области объекта в результате флуоресцируют по-разному (рис. 32). При ковалетном присоединении КТ к распознающим молекулам достигается адресное связывание. Например, используя в качестве распознающих молекул моноклональные антитела против антигенов опухолевых клеток, можно селективно пометить такие клетки флуоресцирующими в заданной спектральной области метками.
Спектральное кодирование и «жидкие микрочипы»
Спектр флуоресценции КТ отличается малой полушириной и симметричностьью. Это позволяет дифференцировать флуоресценцию этих флуорофоров. В настоящее время известны 10 вариантов КТ, спектры флуоресценции которых в видимой области перекрываются слабо, что позволяет легко различать интенсивность фотолюминесценции каждой из них на фоне свечения других КТ. Напротив, спектры поглощения у КТ на базе нанокристаллов характеризуются достаточно большой полушириной полос. Соответственно, это позволяет возбуждать флуоресценцию нескольких разных КТ с разными спектрами фотолюминесценции одним и тем же, единым, источником света. Рассмотренные особенности позволяют применять КТ для так называемого спектрального кодирования, создавая своеобразный «штрих-код» на исследуемом объекте.
В настоящее время часто используется термин «жидкие микрочипы». Этим термином обозначаются системы, к которых отдельные микрообъемы в составе объекта помечаются своей собственной флуоресцентной меткой. Весь набор меток, различающихся как по спектру фотолюминесценции, так и по ее интенсивности, задает, таким образом, набор параметров, кодирующих свойства объекта, т.е. собственно спектральный код. Принцип этого кодирования проиллюстрирован на рис. 33.
Подобный вариант применения КТ очень удобен для проведения ранней диагностики ряда патологий. Например, объект можно обработать моноклональным антителом (или другой распознающей молекулой) с ковалентно присоединённой КТ одного типа, а затем, после удаления несвязавшихся меток – флуоресцентно-меченным другой КТ антителом против данного моноклонального антитела. Признаком наличия в объекте выявляемого антигена (или другого рецептора исходной распознающей молекулы) будет в таком случае наличие флуоресценции сразу двух флуоресцентных меток на базе КТ.
В случае, если изучаемый объект – клетки, получение информации о флуоресценции меток на базе КТ затем удобно проводить «в потоке», методом проточной цитофлуориметрии.
Рисунок 33. Принцип спектрального кодирования. Слева: «обычный» плоский микрочип. Справа: «жидкий микрочип», каждый элемент которого содержит заданные количества КТ определенных цветов. При n уровнях интенсивности флуоресценции и m цветах теоретическое количество кодируемых вариантов равно nm−1. Так, для 5–6 цветов и 6 уровней интенсивности это будет 10000–40000 вариантов.