2021 Fiscal Year Final Research Report

Development of quantum dot-sonosensitizer and its application to treatment of intractable infections

Research Project

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Project/Area Number	19H02564
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 28030:Nanomaterials-related
Research Institution	Kansai University
Principal Investigator	Kawasaki Hideya 関西大学, 化学生命工学部, 教授 (50322285)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	山本健関西大学, システム理工学部, 教授 (10370173) 宮治裕史北海道大学, 大学病院, 講師 (50372256)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	超音波 / 金ナノクラスター / 音増感剤 / 活性酸素 / 音響キャビテーション
Outline of Final Research Achievements	In this study, we aimed to develop a treatment method to kill cells and bacteria locally by generating singlet oxygen (1O2) under ultrasonication, one of the reactive oxygen species (sound sensitization), through the excitation of gold nanoclusters (tens of gold atom aggregates) by high energy cavitation bubbles generated by ultrasound irradiation. The ligand and size effects of Au NCs were clarified as a guideline for the particle design of Au NCs with ultrasound sensitizing activity. We demonstrated that not only high 1O2 production by Au NCs themselves but also small 1O2 loss due to autoxidation by 1O2 is important to achieve high 1O2 production efficiency by ultrasonically excited Au NCs. As for the size-effect(Au25, Au38, Au144, and Au300~500), Au144 NCs, which have properties intermediate between those of metals and molecules, exhibit the highest sound sensitizing activity.
Free Research Field	ナノ材料化学、界面化学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	超音波によって「音増感剤」を励起して生成する活性酸素で癌や感染症を治療する音響力学療法（SDT）は、数cm以上の生体深部に超音波が到達し、かつ目的箇所にフォーカスできる利点をもつ。本研究で見いだされた音増感剤Au NCsは、低毒性、高い安定性、表面官能基による機能性付与など、従来の音増感剤には無い優れた特徴を有する。これまで超音波は安全性の高い必須の医療診断技術（超音波エコーなど）として発展してきたが、「Au NCs音増感剤」を利用したSDTは、難治性感染症やガン治療に対しても適用が期待され、手術や放射線治療に替わる患者への負担が少ない「新たな低侵襲治療法」につながると期待される。