Development of Phototherapeutic Drugs and Elucidation of Single Molecule Dynamics Using Highly Bright Stable Quantum Dots and Innovative 3D cell system

使用高亮稳定量子点和创新的 3D 细胞系统开发光治疗药物并阐明单分子动力学

• 批准号: 21H01753
• 负责人: 高野 勇太
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01753/
• 关键词: 発光材料; 活性酸素; 電子ドナー・アクセプター分子; 三次元培養; 量子ドット; 量子ドット凝集体; 光増感剤; ミトコンドリア; 周囲炎; コアシェル型量子ドット

本年度は、当初計画通り「(I):3D培養系で高い浸透性・発光性・安定性をもつ機能化量子ドットの合成と培養組織内動態の解明（１～2年目計画）」と「(II):マイクロ組織内の分子動態解明を利用した高効果光がん治療薬の開発（2～3年目計画）」を遂行した。(I)について、量子ドットの化学修飾法について確立するとともに、表面修飾に応じた3次元培養細胞における動態を解明した。端的には、化合物の拡散において2次元培養細胞系に比べて3次元培養細胞では概ね10倍～20倍の時間を要することをタイムラプス顕微鏡観察で明らかにした。現在は、この知見を利用した光殺がん効果の検証を行っている。また量子ドットの機能化に関して、従来のように単体の量子ドットを利用した発光ラベルの他に、量子ドット凝集体を利用することでより長時間露光や環境変化に対しても安定に発光をつづける発光ラベルが得られることを見出した（論文準備中）。この知見は、長時間観察が必要になることの多い3次元培養細胞系において、有用な発光ラベル調製法となりえる。また言い換えると、3次元細胞系を基軸にした展開を行っていた本研究ゆえに見いだせた知見である。また(II)に関して、各種光増感剤の改良・新規開発を行った。我々がこれまでも用いているπ拡張型ポルフィリン分子(rTPA)を利用した系（成果論文1報）の他、一重項酸素の検知を同時に行える光増感剤の開発に成功した（成果論文2報）。前者では、DDSキャリアと複合化したrTPAにおいて、DDSキャリアとrTPAの至適混合比の効果を見出した。π拡張型ポルフィリンなどの分子では、分子凝集により光増感作用が減弱される。この減弱を混合比の最適化によって最小化できることを見出した。今後は、本研究による開発分子をもとに、量子ドット発光ラベルとの複合化により、高効果光がん治療薬向け化合物を開発する。

This year, we will carry out the original plan through "(I): Synthesis of functionalized quantum molecules in 3D culture systems with high permeability, light emission and stability and interpretation of dynamics in cultured tissues (1 - 2 year plan)" and "(II): Development of therapeutic agents for molecular dynamics in cultured tissues using high efficiency light emission (2 - 3 year plan)." (I)The chemical modification method of quantum chemistry is used to establish the dynamic state of cell culture. The dispersion of the terminal compound in the 2D culture cell line takes 10 to 20 times longer than that in the 3D culture cell line. Now, this knowledge is used to kill the results of the investigation. The functionalization of quantum devices is related to the use of quantum devices in quantum devices, and the use of quantum devices in quantum devices. This knowledge is necessary for long-term observation, and it is useful to develop light modulation methods for multi-dimensional culture cell lines. This study was conducted on the basis of a three-dimensional cell line. (II) Related to the development of various optical sensors, improvements and new regulations The development of photosensitizers in the study of the use of π-TPA molecules (rTPA) in the study of other, mono-acid molecules (Achievement Paper 1) was successful (Achievement Paper 2). The results of the former, DDS and rTPA are shown in the optimum mixing ratio. The photosensitivity of π-type molecules is reduced by molecular aggregation. The optimization of mixing ratio is minimized. In the future, this study will develop molecular, quantum, and molecular compounds that are highly effective in light therapy.

项目成果

近赤外光照射による薬剤放出を可能とするカーボンナノホーンの開発

开发出可通过近红外光照射释放药物的碳纳米角

• 发表时间: 2022
• 作者: 小西大輔;平田恵理;高野勇太;前田由佳利;木村貞仁;横山敦郎
• 通讯作者: 横山敦郎

Photofunctional Molecular/Quantum-dot system for 3D-Cancer Phototherapy

用于 3D 癌症光疗的光功能分子/量子点系统

• 发表时间: 2022
• 作者: 介川 裕章;シャイケ トーマス;温 振超;葛西 伸哉;三谷 誠司;Yuta Takano
• 通讯作者: Yuta Takano

Near-Infrared Light Absorbing Dye Molecules for Photothermal Cancer Therapy

用于光热癌症治疗的近红外光吸收染料分子

• 发表时间: 2022
• 作者: 嶋山 潤;日高 温志;柳原 英人;介川 裕章;K. Yoshida,Y. Takano,V. P. Biju
• 通讯作者: K. Yoshida,Y. Takano,V. P. Biju

π-Extended Porphyrin-based Photosensitizers for Singlet Oxygen Generation

用于单线态氧气产生的 π-扩展卟啉基光敏剂

• 发表时间: 2022
• 作者: Sugimoto Hiroshi;Hinamoto Tatsuki;Kazuoka Yusuke;Assadillayev Artyom;Raza S?ren;Fujii Minoru;Zhao Hanjun,Yuta Takano,Yukiko Miyatake,Vasudevan Pillai Biju
• 通讯作者: Zhao Hanjun,Yuta Takano,Yukiko Miyatake,Vasudevan Pillai Biju

Immunofluorescent Quantum Dots and Silica Particles for SpectroTemporally-Resolved Multimodal Cancer Cell Detection in the Blood

用于血液中光谱时间分辨多模式癌细胞检测的免疫荧光量子点和二氧化硅颗粒

• 发表时间: 2022
• 作者: Hinamoto Tatsuki;Lee Yea‐Shine;Dereshgi Sina Abedini;DiStefano Jennifer G.;dos Reis Roberto;Sugimoto Hiroshi;Aydin Koray;Fujii Minoru;Dravid Vinayak P.;Jeladhara Sobhanan,Y. Takano,V. P. Biju
• 通讯作者: Jeladhara Sobhanan,Y. Takano,V. P. Biju