ドナーアクセプター連結型中分子による生物機能/光機能分子創出

• 研究領域: 反応集積化が導く中分子戦略：高次生物機能分子の創製
• 研究課題/領域番号: 18H04376
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 鈴木 孝紀 北海道大学, 理学研究院, 教授 (70202132)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2019年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2018年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: バイオイメージング / 硫化水素 / 近赤外光 / エレクトロクロミズム / 光線力学療法 / 中分子 / 酸化還元 / 生物機能 / 電気化学的両性 / ヘテロ環 / 近赤外吸収 / 有機酸化還元系 / ドナーアクセプター / 光機能

研究実績の概要

電位の変化を入力としてその色調を可逆に変化させるエレクトロクロミック物質(EM)として、先にヘキサアリールブタジエン型電子供与体2と、その二電子酸化により生じる安定な二価陽イオン1の酸化還元対を開発している。バイオイメージングに有効なNIR領域で応答すること、及び1が水中でも分解せず非常に安定であることを利用し、今年度、1と2のEMに基づくH2Sのバイオプローブを構築した。H2Sは近年、生物界で第3のガス状伝達物質として認知され、また、肝ガンなど多くの疾患との関係が示唆されている。この有機EMを用いて、H2Sの非侵襲的かつリアルタイムイメージングシステムを構築できたのは、生体内の他の還元性物質に優先して、1がH2Sと高選択的かつ迅速に反応するためである。
イメージングには上記EMを蛍光性ポリマーと組み合わせて使用した。NIRに強い吸収を持つ二価陽イオン1 は、蛍光共鳴エネルギー移動によって、ポリマーのNIR蛍光を効率良く消光するのに対し、可視部にほとんど吸収のない中性ジエン2は消光しない。そのため、1がH2Sと反応して2になる反応を、NIR蛍光のON/OFFメカニズムとして利用することができた。ポリマーとEM色素の共存は、リポソームで両者を包含することで達成した。バイオプローブ中の1は マクロファージ細胞中で、内在性/外在性のH2Sと迅速に反応し、蛍光を発することが明らかになった。また、マウスを用いたin vivoの実験では、肝臓の内在性H2Sをバイオプローブの静脈注射によりイメージングできることも示された。ナノ粒子作成に際して葉酸タグを組み込んだ場合には、KB細胞へのバイオプローブの集積が起こるため、腫瘍部分の蛍光イメージングが可能であり、また、蛍光性半導体ポリマーの代わりに一重項酸素増感剤を組み込んだナノ粒子を用いることで、光線力学療法を通じた腫瘍体積の減少も確認された。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] 南京大学(中国)
• [国際共同研究] リヨン大学(フランス)
• [国際共同研究] Nanjing University(中国)
• [雑誌論文] H2S-activatable near-infrared afterglow luminescent probes for sensitive molecular imaging in vivo (2020)
  • 著者名/発表者名: Wu Luyan、Ishigaki Yusuke、Hu Yuxuan、Sugimoto Keisuke、Zeng Wenhui、Harimoto Takashi、Sun Yidan、He Jian、Suzuki Takanori、Jiang Xiqun、Chen Hong-Yuan、Ye Deju
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 446-446
  • DOI: 10.1038/s41467-020-14307-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hexaarylbutadiene: A Versatile Scaffold with Tunable Redox Properties towards Organic Near‐Infrared Electrochromic Material (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishigaki Yusuke、Harimoto Takashi、Sugimoto Keisuke、Wu Luyan、Zeng Wenhui、Ye Deju、Suzuki Takanori
  • 雑誌名: Chemistry An Asian Journal 巻: 15 号: 7 ページ: 1147-1155
  • DOI: 10.1002/asia.201901816
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Switching of Redox Properties Triggered by a Thermal Equilibrium between Closed-Shell Folded and Open-Shell Twisted Species (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishigaki Yusuke、Hashimoto Takumi、Sugawara Kazuma、Suzuki Shuichi、Suzuki Takanori
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: - 号: 16 ページ: 6581-6584
  • DOI: 10.1002/anie.201916089
  • NAID: 120007018433
  • 査読あり
• [雑誌論文] 5-Arylidenetetronate as a Versatile Electrophore for Pi-Extended Electron Acceptors (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuki Hayashi, Yusuke Ishigaki, Jeremy Merad, Takanori Suzuki, Maurice Medebielle
  • 雑誌名: HETEROCYCLES 巻: in press 号: 1 ページ: 165-165
  • DOI: 10.3987/com-20-s(k)2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Novel Condensed Heterocyclic Quinone with a Dibezofuranobisthiadiazole Skeleton. (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Sugawara, W. Nojo, Y. Ishigaki, J. Ohkanda, T. Suzuki
  • 雑誌名: Heterocycles 巻: - 号: 1 ページ: 99-99
  • DOI: 10.3987/com-19-s(f)7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric-Field-Controllable Conductance Switching of an Overcrowded Ethylene Self-Assembled Monolayer (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujii Shintaro、Koike Masato、Nishino Tomoaki、Shoji Yoshiaki、Suzuki Takanori、Fukushima Takanori、Kiguchi Manabu
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 141 号: 46 ページ: 18544-18550
  • DOI: 10.1021/jacs.9b09233
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photo- and Thermal Interconversion of Multiconfigurational Strained Hydrocarbons Exhibiting Completely Switchable Oxidation to Stable Dicationic Dyes (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishigaki Yusuke、Hayashi Yuki、Suzuki Takanori
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 141 号: 45 ページ: 18293-18300
  • DOI: 10.1021/jacs.9b09646
  • NAID: 120006893193
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-way Chromic Systems Based on Tetraarylanthraquinodimethanes: Electrochromism in Solution and Mechanofluorochromism in a Solid State. (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Ishigaki, K. Sugawara, M. Yoshida, M. Kato, T. Suzuki
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn。 巻: - 号: 7 ページ: 1211-1217
  • DOI: 10.1246/bcsj.20190094
  • NAID: 130007679358
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dual dynamic chirality generated in the assembly of three achiral rods through the three-fold twisting of a macrocycle (2019)
  • 著者名/発表者名: Katoono Ryo、Sakamoto Kazuki、Suzuki Takanori
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: - 号: 38 ページ: 5503-5506
  • DOI: 10.1039/c9cc02226k
  • NAID: 120006843069
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective Formation of a Mixed‐valence State from Linearly‐bridged Oligo(aromatic diamines): Drastic Structural Change into a Folded Columnar Stack for Half‐filled Polycations** (2019)
  • 著者名/発表者名: Nojo Wataru、Ishigaki Yusuke、Takeda Takashi、Akutagawa Tomoyuki、Suzuki Takanori
  • 雑誌名: Chemistry A European Journal 巻: - 号: 32 ページ: 7759-7765
  • DOI: 10.1002/chem.201901272
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chiral diversification through the assembly of achiral phenylacetylene macrocycles with a two-fold bridge (2019)
  • 著者名/発表者名: Katoono Ryo、Kusaka Keiichi、Saito Yuki、Sakamoto Kazuki、Suzuki Takanori
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: - 号: 18 ページ: 4782-4791
  • DOI: 10.1039/c9sc00972h
  • NAID: 120006709315
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthesis of the cyclohexene segment of portimine (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Saito, K. Fujiwara, Y. Kondo, U. Akiba, T. Suzuki
  • 雑誌名: Tetrahedron Letters 巻: 60 号: 4 ページ: 386-389
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2018.12.063
  • 査読あり
• [雑誌論文] Total synthesis of kehokorins A and B (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Fujiwara, R. Motousu, D. Sato, Y. Kondo, U. Akiba, T. Suzuki, T. Tokiwano
  • 雑誌名: Tetrahedron Letters 巻: 60 号: 18 ページ: 1299-1301
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2019.04.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Wires with Controllable π-Delocalization Incorporating Redox-Triggered π-Conjugated Switching Units (2018)
  • 著者名/発表者名: Nojo Wataru、Tamaoki Hitomi、Ishigaki Yusuke、Katoono Ryo、Fujiwara Kenshu、Fukushima Takanori、Suzuki Takanori
  • 雑誌名: ChemPlusChem 巻: ー 号: 6 ページ: 634-642
  • DOI: 10.1002/cplu.201800341
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct synthesis of aryl-annulated [c]carbazoles by gold(I)-catalysed cascade reaction of azide-diynes and arenes (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuiki Kawada, Shunsuke Ohmura, Misaki Kobayashi, Wataru Nojo, Masaki Kondo, Yuka Matsuda, Junpei Matsuoka, Shinsuke Inuki, Shinya Oishi, Chao Wang, Tatsuo Saito, Masanobu Uchiyama, Takanori Suzuki, Hiroaki Ohno
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 9 号: 44 ページ: 8416-8416
  • DOI: 10.1039/c8sc03525c
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Engineering of Electrochromic Materials as Activatable Probes for Molecular Imaging and Photodynamic Therapy (2018)
  • 著者名/発表者名: Wu Luyan、Sun Yidan、Sugimoto Keisuke、Luo Zhiliang、Ishigaki Yusuke、Pu Kanyi、Suzuki Takanori、Chen Hong-Yuan、Ye Deju
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 140 号: 47 ページ: 16340-16352
  • DOI: 10.1021/jacs.8b10176
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Expandability of a long C-O bond by a scissor effect in acenaphthofuran (2018)
  • 著者名/発表者名: Uchimura Yasuto、Shimajiri Takuya、Ishigaki Yusuke、Katoono Ryo、Suzuki Takanori
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 54 号: 73 ページ: 10300-10303
  • DOI: 10.1039/c8cc05998e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transmission of Point Chirality to Axial Chirality for Strong Circular Dichroism in Triarylmethylium-o,o-dimers (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Takanori、Ishigaki Yusuke、Iwai Tomohiro、Hayashi Yuki、Nagaki Aiichiro、Katoono Ryo、Fujiwara Kenshu、Yoshida Jun-ichi
  • 雑誌名: Synlett 巻: 29 号: 16 ページ: 2147-2154
  • DOI: 10.1055/s-0037-1610190
  • 査読あり
• [雑誌論文] An improved synthesis of the C42-C52 segment of ciguatoxin 3C (2018)
  • 著者名/発表者名: Saito Takafumi、Fujiwara Kenshu、Sano Yusuke、Sato Takuto、Kondo Yoshihiko、Akiba Uichi、Ishigaki Yusuke、Katoono Ryo、Suzuki Takanori
  • 雑誌名: Tetrahedron Letters 巻: 59 号: 14 ページ: 1372-1376
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2018.02.052
  • 査読あり
• [雑誌論文] Double bond formation based on nitroaldol reaction and radical elimination: A prototype segment connection method for the total synthesis of nigricanoside A dimethyl ester (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsunoda Takayuki、Fujiwara Kenshu、Okamoto Satoshi、Kondo Yoshihiko、Akiba Uichi、Ishigaki Yusuke、Katoono Ryo、Suzuki Takanori
  • 雑誌名: Tetrahedron Letters 巻: 59 号: 19 ページ: 1846-1850
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2018.03.091
  • 査読あり
• [雑誌論文] Narrower HOMO-LUMO gap attained by conformational switching through peripheral polyarylation in 1,4,5,8-tetraaza-9,10-anthraquinodimethanes (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Takanori、Ishigaki Yusuke、Sugawara Kazuma、Umezawa Yu、Katoono Ryo、Shimoyama Atsushi、Manabe Yoshiyuki、Fukase Koichi、Fukushima Takanori
  • 雑誌名: Tetrahedron 巻: 74 号: 18 ページ: 2239-2244
  • DOI: 10.1016/j.tet.2018.03.041
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced circular dichroism at elevated temperatures through complexation-induced transformation of a three-layer cyclophane with dualistic dynamic helicity (2018)
  • 著者名/発表者名: Katoono Ryo、Obara Yudai、Fujiwara Kenshu、Suzuki Takanori
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 9 号: 8 ページ: 2222-2229
  • DOI: 10.1039/c7sc05242a
  • NAID: 120006473606
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Supramolecular chiroptical switching of helical-sense preferences through the two-way intramolecular transmission of a single chiral source (2018)
  • 著者名/発表者名: Katoono Ryo、Kusaka Keiichi、Tanaka Yuki、Fujiwara Kenshu、Suzuki Takanori
  • 雑誌名: Organic & Biomolecular Chemistry 巻: 16 号: 7 ページ: 1167-1171
  • DOI: 10.1039/c7ob03057f
  • NAID: 120006558997
  • 査読あり
• [雑誌論文] Longest C-C Single Bond among Neutral Hydrocarbons with a Bond Length beyond 1.8A (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishigaki Yusuke、Shimajiri Takuya、Takeda Takashi、Katoono Ryo、Suzuki Takanori
  • 雑誌名: Chem 巻: 2018 号: 4 ページ: 795-806
  • DOI: 10.1016/j.chempr.2018.01.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic or undynamic chirality generated by helical arrangement of a shape-persistent ring and rod doubly bridged in a molecule (2018)
  • 著者名/発表者名: Katoono Ryo、Obara Yudai、Kusaka Keiichi、Suzuki Takanori
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 54 号: 7 ページ: 735-738
  • DOI: 10.1039/c7cc09485j
  • NAID: 120006549167
  • 査読あり
• [学会発表] Organic Electrochromic Systems as Bioprobes of H2S for Imaging and Photodynamic Therapy (2019)
  • 著者名/発表者名: Takanori Suzuki
  • 学会等名: Strasbourg-Hokkaido Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Studies on Dynamic Redox Systems: Construction of Record-breaking Strained Compounds and Development of Unimolecular Memory (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木孝紀
  • 学会等名: 第９９回日本化学会春季年会(受賞講演）
  • 招待講演
• [学会発表] 超結合:共有結合の限界を超えた化学 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木孝紀
  • 学会等名: 第９９回日本化学会春季年会(特別企画）
  • 招待講演