有機エレクトロクロミック物質の新展開：近赤外光スイッチによるバイオイメージング

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H02719
• 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)
• 研究分担者: 石垣 侑祐 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (60776475)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: バイオイメージング / エレクトロクロミズム

研究実績の概要

生体内での硫化水素の局在と濃度を非侵襲的かつリアルタイムでイメージングする方法の開発は、病理学/医学の分野へと応用の期待される新技術となる。応募者らはこれまで、電位の入力によって近赤外(NIR)光領域の非常に大きな吸収体のON/OFFが可能な有機エレクトロクロミック物質を利用し、肝炎や癌などの様々な疾患との関わりの深い硫化水素をイメージングできる方法論の開発を行ってきた。今年度は、硫化水素はガス療法に有望であることが示されている点に注目し、硫化水素が腫瘍微小環境に影響を及ぼして強力な抗腫瘍免疫を誘導できるかどうかについては、依然として議論の余地があった。そこで本研究では、腫瘍を標的とし、腫瘍微小環境に応答性を示す新たな脂質ナノ粒子を開発した。これは、腫瘍組織特異的に硫化水素をデリバリーして組織内で放出することができる機能を持ち、光力学免疫療法も可能である。
新規ナノ粒子は、酸性の腫瘍微小環境中で ｐHに応じた硫化水素の一気放出を可能にし、粒子中の有機エレクトロクロミック材料を即座に還元する。その結果、近赤外蛍光と光線力学療法の活性が出現する。さらに、高レベル濃度の硫化水素が腫瘍間質液圧の低下、血管新生の促進、血管透過性の増加、低酸素症の改善、免疫抑制状態の軽減によって腫瘍微小環境中を再構築できることを見出したが、それにより、ナノ粒子の腫瘍取り込みが増加して光線力学療法の有効性が高まることで、808 nm レーザー照射中によって、細胞死が誘発された。新規ナノ粒子は硫化水素ガスと光線力学療法の相乗効果を可能にし、乳がん腫瘍を効果的に根絶することで、腫瘍の転移と再発を予防できることが明らかとなった。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

"Smart Lipid Nanoparticle that Remodels Tumor Microenvironment for Activatable H2S Gas and Photodynamic Immunotherapy." L. Wu, Y. Liu, W. Zeng, Y. Ishigaki, S. Zhou, X. Wang, Y. Sun, Y. Zhang, X. Jiang, T. Suzuki, D. Ye, J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 27838-27849. のように、IFの高い論文誌にてその研究内容が発表されている。

今後の研究の推進方策

硫化水素検出とイメージングをさらに推し進めるべく、電子供与基としてジュロリジンを有するヘキサアリールブタジエン誘導体を開発する。ナノ粒子構築に際して、弱い酸性条件下で近赤外蛍光のＯＮ／ＯＦＦ　が可能な発光体を共存させることで、癌細胞組織内のような弱酸性条件でのみ硫化水素依存的なNIR蛍光を示すシグナル系を開発する。これにより、検出誤差を最小化したイメージングが可能となる。

研究成果

• [国際共同研究] 南京大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 南京大学
• [国際共同研究] ストラスブール大学(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: ストラスブール大学
• [雑誌論文] Smart Lipid Nanoparticle that Remodels Tumor Microenvironment for Activatable H2S Gas and Photodynamic Immunotherapy (2023)
  • 著者名/発表者名: Wu Luyan、Liu Yili、Zeng Wenhui、Ishigaki Yusuke、Zhou Sensen、Wang Xingxing、Sun Yidan、Zhang Yan、Jiang Xiqun、Suzuki Takanori、Ye Deju
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 145 ページ: 27838～27849
  • DOI: 10.1021/jacs.3c11328
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] On-Surface Synthesis of Multiple Cu Atom-Bridged Organometallic Oligomers (2023)
  • 著者名/発表者名: Sun Kewei、Sugawara Kazuma、Lyalin Andrey、Ishigaki Yusuke、Uosaki Kohei、Custance Oscar、Taketsugu Tetsuya、Suzuki Takanori、Kawai Shigeki
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 17 ページ: 24355～24362
  • DOI: 10.1021/acsnano.3c10524
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carbon-based Biradicals: Structural and Magnetic Switching (2023)
  • 著者名/発表者名: Ishigaki Yusuke、Harimoto Takashi、Shimajiri Takuya、Suzuki Takanori
  • 雑誌名: Chemical Reviews 巻: 123 ページ: 13952～13965
  • DOI: 10.1021/acs.chemrev.3c00376
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vis-NIR-Electrochromic Interconversion of Dithienylmethylium-Type Cyanine Dyes with a σ-Bonded Dimer or Isolable Neutral Radical (2023)
  • 著者名/発表者名: Chong Su-Gi、Suzuki Shuichi、Suzuki Takanori、Ishigaki Yusuke
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 96 ページ: 1144～1149
  • DOI: 10.1246/bcsj.20230169
  • 査読あり
• [雑誌論文] Double Dynamic Structural Change Enabling Tricolor Chromism by the Realization of Apparent Two‐Electron Transfer to Skip the Open‐Shell State (2023)
  • 著者名/発表者名: Harimoto Takashi、Sugai Yuka、Sugawara Kazuma、Suzuki Takanori、Ishigaki Yusuke
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 29 ページ: ー
  • DOI: 10.1002/chem.202301476
  • 査読あり
• [雑誌論文] One‐Pot Synthesis of Helical Azaheptalene and Chiroptical Switching of an Isolable Radical Cation (2023)
  • 著者名/発表者名: Nishimura Yuta、Harimoto Takashi、Suzuki Takanori、Ishigaki Yusuke
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 29 ページ: ー
  • DOI: 10.1002/chem.202301759
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chalcogen-Peierls Transition: Single-Crystal-to-Single-Crystal Transition from a Two-Dimensional to a One-Dimensional Network of Chalcogen Bonds at Low Temperature (2023)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi Soki、Shimajiri Takuya、Akutagawa Tomoyuki、Fukushima Takanori、Ishigaki Yusuke、Suzuki Takanori
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 96 ページ: 631～635
  • DOI: 10.1246/bcsj.20230091
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crystal Engineering, Electron Conduction, Molecular Recognition and Reactivity by Chalcogen Bonds in Tetracyanoquinodimethanes Fused with [1,2,5]Chalcogenadiazoles (2023)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Takanori、Shimajiri Takuya、Jacquot de Rouville Henri-Pierre、Heitz Valerie、Akutagawa Tomoyuki、Fukushima Takanori、Ishigaki Yusuke
  • 雑誌名: Synlett 巻: 34 ページ: 1978～1990
  • DOI: 10.1055/a-2072-2951
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Tripodal Triazatruxene Derivative as a Face-On Oriented Hole-Collecting Monolayer for Efficient and Stable Inverted Perovskite Solar Cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Truong Minh Anh、Funasaki Tsukasa、Ueberricke Lucas、Nojo Wataru、Murdey Richard、Yamada Takumi、Hu Shuaifeng、Akatsuka Aruto、Sekiguchi Naomu、Hira Shota、Xie Lingling、Nakamura Tomoya、Shioya Nobutaka、Kan Daisuke、Tsuji Yuta、Suzuki Takanori、Wakamiya Atsushi等
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 145 ページ: 7528～7539
  • DOI: 10.1021/jacs.3c00805
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bis(triarylmethylium)‐type Macrocyclic Dications: Mechanochromic Emission Extending to the Red Region (2023)
  • 著者名/発表者名: Ishigaki Yusuke、Tachibana Takuya、Sugawara Kazuma、Kikuchi Moto、Suzuki Takanori
  • 雑誌名: ChemPlusChem 巻: 88 ページ: ー
  • DOI: 10.1002/cplu.202300110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exceptionally flexible quinodimethanes with multiple conformations: polymorph-dependent colour tone and emission of crystals (2023)
  • 著者名/発表者名: Sugawara Kazuma、Ono Toshikazu、Yano Yoshio、Suzuki Takanori、Ishigaki Yusuke
  • 雑誌名: Materials Chemistry Frontiers 巻: 7 ページ: 1591～1598
  • DOI: 10.1039/D2QM01199A
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enhancement of NIR‐Absorbing Ability of Bis(diarylmethylium)‐Type Dicationic Dyes Based on an Ortho‐Substitution Strategy. (2023)
  • 著者名/発表者名: Harimoto Takashi、Suzuki Takanori、Ishigaki Yusuke
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 29 ページ: ー
  • DOI: 10.1002/chem.202203899
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dibenzotropylium-Capped Orthogonal Geometry Enabling Isolation and Examination of a Series of Hydrocarbons with Multiple 14π-Aromatic Units (2023)
  • 著者名/発表者名: Hayashi Yuki、Suzuki Shuichi、Suzuki Takanori、Ishigaki Yusuke
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 145 ページ: 2596～2608
  • DOI: 10.1021/jacs.2c12574
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Strain‐Sensitive On‐Surface Ladderization by Non‐Dehydrogenative Heterocyclization (2023)
  • 著者名/発表者名: Ma Yujing、Sugawara Kazuma、Ishigaki Yusuke、Sun Kewei、Suzuki Takanori、Kawai Shigeki
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 29 ページ: ー
  • DOI: 10.1002/chem.202203622
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-Molecule Observation of Redox Reactions Enabled by Rigid and Isolated Tripodal Molecules (2023)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Yuzu、Yokota Yasuyuki、Wong Raymond A.、Hong Misun、Takeya Jun、Osawa Saho、Ishiwari Fumitaka、Shoji Yoshiaki、Harimoto Takashi、Sugimoto Keisuke、Ishigaki Yusuke、Suzuki Takanori、Fukushima Takanori、Kim Yousoo
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 127 ページ: 746～758
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c07362
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultralong C(sp3)-C(sp3) Single Bonds Shortened and Stabilized by London Dispersion (2023)
  • 著者名/発表者名: Shimajiri Takuya、Ishigaki Yusuke、Kawakami Yuta、Kawaguchi Soki、Hayashi Yuki、Hada Kazuto、Suzuki Takanori
  • 雑誌名: Synlett 巻: 34 ページ: 1147～1152
  • DOI: 10.1055/a-1934-1346
  • 査読あり