Excited state characteristics of thonated nucleobases and application to nonresonant two-photon absorption for chemotherapy and photodynamic therapy

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05434
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: Aoyama Gakuin University
• Principal Investigator: Suzuki Tadashi 青山学院大学, 理工学部, 教授 (30251606)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 柏原 航 青山学院大学, 理工学部, 助教 (30836557) ; 磯崎 輔 桜美林大学, リベラルアーツ学群, 准教授 (00520397)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: チオ核酸塩基 / 励起状態 / 二光子吸収 / 光線力学療法 / 光化学療法 / 光音響分光法 / 一重項酸素 / エネルギー移動

Outline of Final Research Achievements

Thionucleobase derivatives, having a thiocarbonyl group, are expected to be novel agents for photodynamic therapy to induce apoptosis in cancer cells. However, their mechanism is still unclear. In this study, we synthesized new thionucleobase derivatives and characterized their excited states. The oxidized form of the thionucleobases was found to be the key chemical species in a series of reactions. In addition, a new apparatus of the optical-probing photoacoustic spectroscopy combining a near-infrared OPO laser was developed to study the non-resonant two-photon absorption spectra of the thionucleobases. The potential of non-resonant two-photon excitation of thionucleobases with longer-wavelength light, which is excellent tissue penetration, for photochemotherapy and photodynamic therapy was demonstrated.

Free Research Field

分子科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

チオ核酸塩基は生体親和性が高く、通常核酸塩基が吸収しないUVA領域に吸収帯をもつことから、新たな光線力学療法の光増感剤として期待されている。しかし、その機構はまだ十分理解されていない。最近の研究結果からチオ核酸塩基の酸化体が通常核酸塩基を消失させることが示唆された。この機構を解明することによって、さらなる進展が期待できる。一方、光線力学療法の増感剤を二光子吸収によって励起することが検討されている。しかし、核酸塩基の非共鳴二光子吸収についてはこれまで報告がほとんどない。チオ核酸塩基を生体の窓といわれる近赤外領域の光で励起できれば、新たな光増感剤として大変興味深い。