Development of gold nanoparticles-based photosensitizer nanomachine capable of ON-OFF switching for reactive oxygen generation
Project/Area Number |
21K04674
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 26030:Composite materials and interfaces-related
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Research Institution | University of Yamanashi |
Principal Investigator |
新森 英之 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (40311740)
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Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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Keywords | 金ナノ粒子 / 金コロイド / ポルフィリン / 活性酸素 / 一重項酸素 / 光増感機能 / ロタキサン / ナノマシン / スイッチング / 活性酸素種 |
Outline of Research at the Start |
本研究では外部環境により活性酸素発生能のON-OFFスイッチが可能な金微粒子系ナノマシンを開発する事を目的とする。今回は光増感部が粒子界面でロタキサン結合により組込まれる事で外部環境に応じて運動し、コア粒子とのエネルギー移動効率の変化で活性酸素生産を制御する手法を確立する。これまでに我々は粒子界面から光増感部が離れる事での活性酸素発生能増強を実証している。今日まで生化学的傷害を引き起こす活性酸素の発生量を調節できる単分子光増感性薬剤は存在せず、ナノマシン機能を組込んだ本研究の金ナノ粒子系光増感剤はこれまでに実現されていない外部環境応答型活性酸素発生制御システムを構築できる点で学術的価値が高い。
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Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、外部環境の変化によって活性酸素、特に一重項酸素の発生能のON-OFFスイッチングが可能な金ナノ粒子系光増感性ナノマシンを開発する事が目的である。令和4年度に実施した研究実績の概要は以下の通りである。 <リガンド交換反応によるポルフィリン修飾金ナノ粒子の一重項酸素発生能の制御> 前年度に合成が完了したAu-S結合によりポルフィリンを修飾した金ナノ粒子を用いて一重項酸素の発生効率を化学クエンチャーにより解析した所8%と抑制された。ここに金親和性の硫黄化合物である1-ドデカンチオールを添加すると、粒子界面上でのリガンド交換反応によってポルフィリン部位が脱離し、一重項酸素発生効率約40%という顕著な増大が見られた。また様々な硫黄化合物を用いてリガンド交換反応を行った結果、明らかな一重項酸素の発生が確認された。これらの中でという会合性置換基を有する硫黄化合物を用いた場合は、リガンド交換反応後の金ナノ粒子の凝集を誘発し、一重項酸素発生効率の更なる増加現象(約60%)を示した。 <光増感部の機械的運動が可能な擬ロタキサンの合成> 本研究課題の最終目標は、一重項酸素発生能の可逆的コントロールである。しかしながら上記の共有結合型ポルフィリン修飾金ナノ粒子は光増感性ポルフィリンの金ナノ粒子界面からの解離現象によって一重項酸素発生能を発現している為に不可逆となる。そこで、可逆的な機械的往復運動が可能なロタキサンを界面修飾した金ナノ粒子を創製する事を目指し、ここでは大環状可動部にポルフィリンを有する擬ロタキサンを合成した。まずはベンゾ24-クラウン-8にポルフィリンを修飾した大環状化合物をLindsey法により調製した。別途、片端に3,5-ジt-ブチルベンジルアミノ基をストッパーとして有する軸成分分子を準備し、先の大環状化合物と混合する事で自己組織化的に擬ロタキサンを合成した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和4年度に実施した研究成果では計画通り、まず、前年度に合成が完了した共有結合型ポルフィリン修飾金ナノ粒子の一重項酸素発生効率を、1,3-ジフェニルイソベンゾフランを利用して定量的に評価する手法が確立できた。また、この手法によってポルフィリン修飾金ナノ粒子の様々な硫黄化合物(チオール類とジスルフィド類)とのリガンド交換反応前後でのそれぞれの一重項酸素発生効率の変化を調査することができた。この中では金ナノ粒子自体の界面構造の変化に伴った凝集現象に起因した一重項酸素発生効率の顕著な増加が確認でき、一重項酸素の発生のコントロールに有効であることが示唆できた。さらに、この一重項酸素の発生の可逆的スイッチングに向けて、界面官能基と成り得る擬ロタキサンの超分子化学的合成にも成功した。これらの事実より、現在までに本研究課題はおおむね順調に進展していると言える。
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Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究結果から、光増感性ポルフィリン部位の金ナノ粒子界面からの吸脱着、つまりポルフィリンと金ナノ粒子界面との距離が光照射下における一重項酸素発生能に影響を及ぼすことが分かった。そのため研究課題開始時の計画通り、今後はまず、令和4年度に合成が完了した擬ロタキサンを用いて金ナノ粒子への導入反応を行う。上述した通り、この擬ロタキサンの軸成分分子には片端にストッパーとして3,5-ジt-ブチルベンジルアミノ基を有しているが他端には金界面でAu-S結合により金ナノ粒子と共有結合を生じるチオール基を有するように分子設計している。そこで、ポルフィリン修飾クラウンエーテルと軸成分分子内のアンモニウムカチオンとの相互作用によってthreadingすることで得られた擬ロタキサンの末端チオール基による金ナノ粒子への界面導入反応を検討する。この際にはthreading維持の状態で金ナノ粒子界面へ連結される必要があるため、非結合のポルフィリン成分の除去後に修飾された金ナノ粒子を回収し、そのポルフィリン導入率によってロタキサン修飾率を見積もる予定である。 その後、得られたロタキサン導入金ナノ粒子を用いて、その一重項酸素発生効率を確立した化学クエンチャー法によって定量的に評価する。ここではアンモニウムカチオン由来の静電的相互作用がポルフィリン修飾大環状化合物の位置を決定しているために、酸-塩基反応による静電的相互作用のスイッチングによって一重項酸素発生能が可逆的にコントロールできるかを検証する。これらの研究計画によって、一重項酸素発生の有効なON-OFFスイッチが可能な金ナノ粒子系ナノマシンを創出する。
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Report
(2 results)
Research Products
(17 results)
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[Journal Article] Heme activates platelets and exacerbates rhabdomyolysis-induced acute kidney injury via CLEC-2 and GPVI/FcRγ2021
Author(s)
S. Oishi, N. Tsukiji, S. Otake, N. Oishi, T. Sasaki, T. Shirai, Y. Yoshikawa, K. Takano, H. Shinmori, T. Inukai, T. Kondo, K. Suzuki-Inoue
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Journal Title
blood advances
Volume: 5
Issue: 7
Pages: 2017-2026
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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