Флуоресцентная спектроскопия незаменима в биомедицинской диагностике. Можно представить включение флуоресценции как включение фонарика в темной комнате. Диагностический анализ может быть разработан для мечения, например, определенной молекулы ДНК с помощью флуоресцентного зонда. Если эта конкретная молекула ДНК присутствует, вы видите флуоресценцию или изменение флуоресценции.

Иногда флуоресцентная молекула перестает излучать свет на короткий период времени. Это называется мерцанием флуоресценции, которое может затруднить обнаружение биомолекул при сверхнизких концентрациях, необходимых для диагностики заболевания. Способ одновременно уменьшить моргание для диагностики и извлечь полезную биохимическую информацию из моргания для фундаментальных исследований был бы лучшим из обоих миров.

В исследовании, недавно опубликованном в Angewandte Chemie исследователи из Университета Осаки использовали хорошо известную молекулу, сокращенно COT – фотостабилизатор – для модуляции мерцания флуоресценции в биохимических анализах. Исследователи использовали COT для исследования архитектуры молекул ДНК и для обнаружения биомаркера раковой РНК в сверхнизких концентрациях.

«COT подавляет мигание флуоресценции и, таким образом, увеличивает флуоресценцию, вступая в физический контакт с флуорофором», – объясняет Цзе Сюй, ведущий автор. «Напротив, модуляция излучения с помощью широко используемой техники, известной как флуоресцентный резонансный перенос энергии, FRET, работает только на гораздо больших расстояниях – в диапазоне от 1 до 10 нанометров – и только в наносекундном масштабе времени»

.

Исследователи сначала протестировали свою установку на двухцепочечной ДНК, содержащей внутренний спейсер. Когда COT находился на одном конце спейсера, а флуорофор на другом конце, флуоресценции было больше, чем когда COT не присутствовал. Однако мигание флуоресценции не было устранено полностью. Исследователи воспользовались этим фактом, проверив, как химическая структура спейсера модулирует мигание.

«Увеличение длины спейсера и усиление пи-стэкинг-взаимодействий – нековалентных взаимодействий между ароматическими кольцами – в спейсере увеличивало время пребывания флуорофора в« выключенном »состоянии», – говорит Киёхико Каваи, старший автор. «FRET не может предоставить информацию о биомолекулярной динамике на таких субнанометрических расстояниях».

Затем исследователи обнаружили сверхмалые концентрации молекулы РНК, которая является биомаркером многих видов рака. Сначала они прикрепили флуоресцентный зонд, содержащий СОТ, к предметному стеклу. Зонд был сконструирован таким образом, чтобы связывание с биомаркером РНК увеличивало флуоресценцию зонда.

«Связывание с целевой РНК уменьшило время пребывания зонда в выключенном состоянии вдвое», – говорит Сюй. «Это дает четкие средства для обнаружения биомаркера рака».

Обнаружение соответствующей болезни биомолекулы в сверхнизких концентрациях, что стало возможным с помощью этого метода, может быть способом диагностики заболевания на его ранних стадиях и облегчения лечения. Более того, многие фундаментальные биохимические исследования стали возможными теперь, когда исследователи могут исследовать молекулярные движения в субнанометровом масштабе и в широких временных масштабах.