Tumor-Targeting Photosensitizer Conjugating with Bioactive Molecules

• Project Area: Middle molecular strategy: Creation of higher bio-functional molecules by integrated synthesis.
• Project/Area Number: 18H04404
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 三木 康嗣 京都大学, 工学研究科, 准教授 (60422979)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2018: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 分子プローブ / 酵素応答性 / 色素 / 光音響 / フタロシアニン / 集積化 / 腫瘍 / シアニン / 近赤外 / ナフタロシアニン

Outline of Annual Research Achievements

特定のがん細胞で過剰発現するマトリックスメタロプロテアーゼ-2（MMP-2）は特定のペプチド配列のみを選択的に切断する能力を有する。このペプチド鎖の切断により光音響信号強度を増大させる造影剤は、MMP-2を過剰発現するがんでのみ信号を発するようになるturn-on型の機能性造影剤となると考えられる。本課題において昨年度フタロシアニン、ナフタロシアニン類が集積化することで水中で強い光音響信号を発することを見出した。本研究ではアルミニウムナフタロシアニンおよびケイ素ナフタロシアニンを合成し、その軸配位子に酵素により切断されるペプチドを介して親水性ポリエチレングリコール（PEG）を結合させた光音響造影剤中分子を開発した。造影剤にMMP-2を作用させたところ、紫外－可視吸収スペクトルにおいて凝集体由来のシグナル（波長680 nm）が強く観測された。波長680 nmのパルスレーザーを照射したところ、MMP-2作用前後で信号強度が2倍から2.5倍増大した。一方、単量体に由来する波長760 nmのパルスレーザーを照射したところ、信号強度は半分に減少した。波長680 nmおよび760 nmの光照射における光音響信号強度の比を取ることで4～5倍の信号強度の増大を観測できることになる。MMP-2を過剰発現するHT-1080細胞にこれらの造影剤を作用させたところ、ペプチド鎖が切断されナフタロシアニンが凝集し、光音響信号強度が増大することを見出した。
このように本課題では水溶性PEGと酵素応答性ペプチドを軸配位子に持つナフタロシアニン光音響腫瘍造影剤中分子を開発し、これらがHT-1080細胞中で過剰発現するMMP-2に応答して光音響信号強度を4～5倍増大することを見出した。本成果は現在論文化し投稿中である。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] π-Conjugated Macrocycles Bearing Angle-Strained Alkynes (2020)
  • Author(s): K, Miki, K. Ohe
  • Journal Title: Chemistry -An European Journal Volume: 26 Issue: 12 Pages: 2529-2575
  • DOI: 10.1002/chem.201904114
  • NAID: 120006813301
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bis-Metal Complexes of Doubly N-Confused Dioxohexaphyrins as Potential Near-Infrared-II Photoacoustic Dyes (2020)
  • Author(s): Shimomura Keito、Kai Hiroto、Nakamura Yuma、Hong Yongseok、Mori Shigeki、Miki Koji、Ohe Kouichi、Notsuka Yusuke、Yamaoka Yoshihisa、Ishida Masatoshi、Kim Dongho、Furuta Hiroyuki
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 142 Issue: 9 Pages: 4429-4437
  • DOI: 10.1021/jacs.9b13475
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Near‐Infrared Circularly Polarized Luminescence through Intramolecular Excimer Formation of Oligo(p‐phenyleneethynylene)s‐Based Double Helicates (2019)
  • Author(s): Miki Koji、Noda Takeru、Gon Masayuki、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki、Mizuhata Yoshiyuki、Tokitoh Norihiro、Ohe Kouichi
  • Journal Title: Chemistry - A European Journal Volume: 25 Issue: 39 Pages: 9211-9216
  • DOI: 10.1002/chem.201901467
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] pH-Responsive Cy5 dyes having nucleophilic substituents for molecular imaging (2018)
  • Author(s): Oe Masahiro、Miki Koji、Mu Huiying、Harada Hiroshi、Morinibu Akiyo、Ohe Kouichi
  • Journal Title: Tetrahedron Letters Volume: 59 Issue: 35 Pages: 3317-3321
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2018.07.044
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] pH Responsiveness of Near-infrared Fluorescent Cyanine Dyes Encapsulated in Self-assemblies Composed of Various Amphiphiles (2018)
  • Author(s): Mu Huiying、Miki Koji、Takahashi Yuki、Teshima Naoto、Oe Masahiro、Kojima Kentaro、Ohe Kouichi
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 47 Issue: 9 Pages: 1147-1150
  • DOI: 10.1246/cl.180402
  • NAID: 130007472089
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Stimuli-Responsive Photoluminescent Dyes for Tumor Detection (2020)
  • Author(s): K. Miki
  • Organizer: The 6th International Symposium toward the Future of Advanced Researches in Shizuoka University 2020
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 近赤外色素を用いる光および光音響腫瘍イメージング (2020)
  • Author(s): 三木康嗣
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] 光音響腫瘍イメージングを指向した酵素応答性ナフタロシアニンの開発 (2020)
  • Author(s): 今泉直人、麻植雅裕、野北康平、三木康嗣、大江浩一
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] 水溶性軸配位子を持つフタロシアニン自己集合体の光音響信号強度 (2020)
  • Author(s): 野北康平、今泉直人、三木康嗣、大江浩一
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] 酵素応答性を持つCy5色素の合成と物性評価 (2020)
  • Author(s): 麻植雅裕、増田彬人、三木康嗣、大江浩一
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] 傾向を誘発する活性化基としてカルボキシラートを用いた酵素応答性蛍光プローブの開発 (2020)
  • Author(s): 麻植雅裕、三木康嗣、大江浩一
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] 軸性キラリティーを有する3,3'-二置換2,2'-ビピリジン配位子を有する二核白金錯体の合成と光学特性 (2020)
  • Author(s): 末崎雅大、笹倉康平、岡本和紘、三木康嗣、大江浩一
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] Development of Acid- and b-Galactosidase-Responsive Photoluminescent Probe for Visualizing Specific Cancer Cells (2020)
  • Author(s): W. Huo, K. Miki, D. Tokunaga, H. Mu, M. Oe, K. Ohe
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] Development of GSH-activatable Fluorogenic Probe Based on BODIPY Scafford (2020)
  • Author(s): H. Mu, K. Miki, K. Ohe
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] Development of pH-Responsive Self-assemblies Based on NIR Cyanine Dye as Photoacoustic Sensors (2019)
  • Author(s): K. Miki, H. Mu, M. Oe, K. Ohe
  • Organizer: 第14回日本分子イメージング学会総会・学術集会
• [Presentation] 蛍光団と酵素切断部位間にリンカーを導入した酵素応答性色素の開発 (2019)
  • Author(s): 麻植雅裕、三木康嗣、Huiying Mu、大江浩一
  • Organizer: 第14回日本分子イメージング学会総会・学術集会
• [Presentation] Near-Infrared Circularly Polarized Luminescence of Oligo(p-phenyleneethynylen)s-based Double Helicates (2019)
  • Author(s): K. Miki, T. Noda, M. Gon, K. Tanaka, Y. Chujo, Y. Mizuhata, N. Tokitoh, K. Ohe
  • Organizer: The 18th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Molecular Imaging Utilizing Stimuli-Responsive Dyes Bearing Nucleophilic Substituents (2019)
  • Author(s): K. Miki, H. Mu, M. Oe, K. Ohe
  • Organizer: 27th International Society of Heterocyclic Chemistry Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Tumor-Targeting pH-Activatable Probe for Fluorescence and Photoacoustic Imaging (2019)
  • Author(s): K. Miki, H. Mu, M. Oe, K. Ohe
  • Organizer: 第13回バイオ関連化学シンポジウム
• [Presentation] 蛍光を誘発する活性化基とリンカーを用いた酵素応答性蛍光プローブの開発 (2019)
  • Author(s): 麻植雅裕、三木康嗣、Huiying Mu、大江浩一
  • Organizer: 第13回バイオ関連化学シンポジウム
• [Presentation] Acid- and β-Galactosidase-Responsive Fluorescent Probe for Visualizing Specific Cancer Cells (2019)
  • Author(s): K. Miki, W. Huo, D. Tokunaga, H. Mu, M. Oe, K. Ohe
  • Organizer: 第13回バイオ関連化学シンポジウム
• [Presentation] 求核性官能基を持つ刺激応答性色素を用いる分子イメージング (2019)
  • Author(s): 三木康嗣、Huiying Mu、麻植雅裕、大江浩一
  • Organizer: 第36回有機合成化学セミナー
• [Presentation] pH応答性色素－環状ペプチド複合材料を用いる光音響イメージング (2019)
  • Author(s): 三木康嗣、Huiying Mu、麻植雅裕、大江浩一
  • Organizer: 第68回高分子討論会
• [Presentation] 親水性基を軸配位子にもつナフタロシアニン類の合成と光音響撮像法用造影剤への応用 (2019)
  • Author(s): 今泉直人、三木康嗣、大江浩一
  • Organizer: 第9回CSJ化学フェスタ
• [Presentation] 水溶性フタロシアニンを母体とした光音響造影剤 (2019)
  • Author(s): 野北康平、三木康嗣、今泉直人、大江浩一
  • Organizer: 第9回CSJ化学フェスタ
• [Presentation] Dual-Stimuli-Responsive Probes for Tumor Detection (2019)
  • Author(s): K. Miki, W. Huo, D. Tokunaga, H. Mu, M. Oe, K. Ohe
  • Organizer: 5th International Symposium on Middle Molecular Strategy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of Anionic pH-Responsive Cyanine Dyes as Photoacoustic Sensors (2019)
  • Author(s): Huiying Mu, Kouki Tanaka, Masahiro Oe, Koji Miki, Kouichi Ohe
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] 水溶性フタロシアニン類の合成と光音響信号強度評価 (2019)
  • Author(s): Kohei Nogita, Koji Miki, Kouichi Ohe
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] Synthesis of Cyanine Dyes with Fluorescence Intensity Enhanced by Formation of Cyclic Structure and its Application to Enzyme Sensor (2019)
  • Author(s): Masahiro Oe, Huiying Mu, Koji Miki, Kouichi Ohe
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] 3,3’-ジヒドロキシ-2,2’-ビピリジルを発光団として利用する刺激応答性蛍光プローブ (2019)
  • Author(s): 徳永大祐、麻植雅裕、三木康嗣、大江浩一
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] 蛍光団と酵素切断部位間にリンカーを導入した酵素応答性色素の開発 (2019)
  • Author(s): 麻植雅裕、三木康嗣、Huiying Mu、大江浩一
  • Organizer: 日本分子イメージング学会第14回総会・学術集会
• [Presentation] Development of pH-Instructed Self-assemblies Based on NIR Cyanine Dye as Photoacoustic Sensors (2019)
  • Author(s): Huiying Mu, Kouki Tanaka, Masahiro Oe, Kentaro Kojima, Koji Miki, and Kouichi Ohe
  • Organizer: 日本分子イメージング学会第14回総会・学術集会
• [Presentation] Near-Infrared Circularly Polarized Luminescence of Oligo(p-phenyleneethynylene)s-based Double Helicates (2019)
  • Author(s): Koji Miki, Takeru Noda, Masayuki Gon, Kazuo Tanaka, Yoshiki Chujo, Yoshiyuki Mizuhata, Norihiro Tokitoh, and Kouichi Ohe
  • Organizer: 18th International Synposium on Novel Aromatic Compounds (ISNA-18)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 近赤外色素を母体とする腫瘍造影剤の開発 (2018)
  • Author(s): 三木康嗣
  • Organizer: 第82回講演会 有機化学研究会（白鷺セミナー）
  • Invited
• [Presentation] Approaches for pH-responsive NIR cyanine dye deaggregation: Encapsulation in self-assemblies or incorporation of anionic substituents (2018)
  • Author(s): Huiying Mu, Kouki Tanaka, Naoto Teshima, Masahiro Oe, Kentaro Kojima, Koji Miki, Kouichi Ohe
  • Organizer: 日本分子イメージング学会第13回総会・学術集会
• [Presentation] 細胞内低pH環境の可視化を指向したpH応答性Cy5系色素の開発 (2018)
  • Author(s): 麻植雅裕、三木康嗣、原田 浩、森鳰章代、大江浩一
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会第13回年会
• [Presentation] 近赤外色素を結合した光および光音響腫瘍造影剤 (2018)
  • Author(s): 三木康嗣
  • Organizer: 平成30年度第1回岡山理科大学プロジェクト研究推進事業講演会
  • Invited
• [Presentation] 近赤外領域で機能するpH応答性Cy5系色素の合成と物性評価 (2018)
  • Author(s): 麻植雅裕、三木康嗣、原田 浩、森鳰章代、大江浩一
  • Organizer: 第38回有機合成若手セミナー
• [Presentation] Approaches for Deaggregation of pH-Responsive NIR Cyanine Dyes: Incorporation of Anionic Substituents or Encapsulation in Self-assemblies (2018)
  • Author(s): Huiying Mu, Kouki Tanaka, Naoto Teshima, Masahiro Oe, Kentaro Kojima, Koji Miki, and Kouichi Ohe
  • Organizer: 第8回CSJ化学フェスタ
• [Presentation] ナフタロシアニン凝集体の水中における光音響信 号強度の評価 (2018)
  • Author(s): 今泉直人・麻植雅裕・三木康嗣・大江浩一
  • Organizer: 第8回CSJ化学フェスタ
• [Presentation] Development of pH-Responsive Cy5 Dyes having Nucleophilic Substituents for Molecular Imaging (2018)
  • Author(s): Masahiro Oe, Koji Miki, Huiying Mu, Hiroshi Harada, Akiyo Morinibu, and Kouichi Ohe
  • Organizer: The 8th Spanish-Portuguese-Japanese Organic Chemistry Symposium (8th SPJ-OCS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Tube-Ring Interaction: Complexation of Single-Walled Carbon Nanotubes with [n]Cycloparaphenyleneacetylenes (2018)
  • Author(s): Koji Miki, Kenzo Saiki, Tomokazu Umeyama, Jinseok Baek, Takeru Noda, Hiroshi Imahori, Yuta Sato, Kazu Suenaga, Kouichi Ohe
  • Organizer: The 14th International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 京都大学 大江研究室
  • URL: http://www.ehcc.kyoto-u.ac.jp/eh31/home/index-j.html