2021 Fiscal Year Annual Research Report
In-situ synthesis of bioactive substances in a cell using near-infrared two-photon excitation
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20K21197
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
安倍 学 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 教授 (30273577)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森岡 徳光 広島大学, 医系科学研究科(薬), 教授 (20346505)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | ２光子励起 / 光[2+2]付加環化反応 / ドラッグデリバリー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Sharplessらが，タンパク質存在下での1,3-双極子付加環化反応に成功して以来，生物活性物質による生命現象発現機構の解明に関する研究が活発化している．しかしながら，高い生物活性を示す物質は生体内条件下で化学的に不安定なことがあり寿命が短く，細胞内に導入する以前の段階で分解が起こり，細胞内でのその生物活性機構を研究するのは困難である．このような状況を踏まえ，本研究では，近赤外２光子励起を用いた１細胞内で生物活性物質をin-situ合成する手法の開発に挑戦し，生命現象の解明と新治療法の開発につながる究極のドラッグデリバリーシステムの構築を目指す萌芽的研究を実施した．本研究期間では，生物活性部位として知られているシクロブタン環を効率よく合成できる光[2＋2]付加環化反応に着目した．この反応では，反応基質として，アルケンを用いるが，まず，近赤外の2光子に感応するクマリン部位に導入したスチリル基を量子化学計算で設計し，モデル化合物を合成して，吸収，発光，２光子吸収能などの光物性を調査した．量子化学計算によって，我々が以前に開発した近赤外領域に高い2光子感応性をもつ(E)-7-(diethylamino)-3-(4-(dimethylamino)styryl)-2H-chromen-2-one (1)が，810 nm付近に850 GM程度の2光子吸収能を有していることが判明した．そこで，1を大量合成し，その光吸収特性を測定した．その結果，1は，445 nm付近に1光子吸収最大波長を有していることがわかった．そこで，まず，1光子励起で，アルケンとしてフランを用いたモデル反応をDMSO中脱酸素下の条件で行った．反応混合物を分析した結果，フランとの反応は見受けられなかったが，1の二量体の生成が確認できた．この実験結果は，当初本研究で目標としていた，近赤外２光子励起を用いた１細胞内で生物活性物質をin-situ合成する手法の開発につながる有望な結果である．
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