Development of Nontoxic Biomarkers Adapted for Multiphoton Excitation Toward Cancer Theranostics

开发适用于癌症治疗学多光子激发的无毒生物标志物

• 批准号: 19F19719
• 负责人: 白幡 直人
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-07-24 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19F19719/
• 关键词: シリコン量子ドット; 蛍光; 光線力学的治療; 活性酸素; がんセラノスティクス; バイオマーカー; ナノ粒子; シリコン; 量子ドット; 蛍光イメージング; プルロニック

本研究では、がんセラノスティクスに向けたナノ粒子薬剤を開発した。ナノ粒子の素材にはシリコン量子ドット(Silicon quantum dots, SiQDs)を採用した。QDのサイズを1.9nmに制御することで、生体の分光窓として知られる650nmに蛍光ピークを有するSIQDを得た。SiQDの表面をデカン分子で修飾するでQD表面原子の再配列が促され結晶性が格段に向上した。その結果、蛍光の内部量子収率が20%以上に増強された。この効率はがん細胞の蛍光イメージングを行うに充分な蛍光強度である。次に、デカン単分子修飾SiQDへポルフィリン系分子を作用させたハイブリッドクラスターを作製した。透過型電子顕微鏡観察から、当該クラスターは球状粒子で、平均粒子径は100nmであった。面白いことに、このクラスターは水溶性で、培地にも高分散したので細胞培養の実験を進めた。ハイブリッドクラスターを加えHeLa細胞を培養したところ、蛍光顕微鏡観察からハイブリッドクラスターは細胞に取り込まれた。細胞質には比較的均質に存在し、一方で核内には侵入しないことが蛍光像から分かった。ポルフィリン系分子は入射光を効率良く光吸収し活性項酸素を生成させするのでがん細胞を損傷させることが従来研究から明らかにされており、当該ハイブリッド材料でも光照射により活性酸素が高効率で生成（活性酸素の生成は蛍光分光光度計による測定で明らかとなった）、がん細胞を殺傷することが細胞アッセイ試験により明らかとなった。以上、蛍光法によるがん細胞の観察とがん細胞の光線力学的殺傷を同時に行える本研究成果はがんセラノスティクスへ応用できると期待される。

In this study, we have developed a new approach to particle biology. Silicon quantum dots (SiQDs) are used as the materials for the particles. QDs are produced at 1.9 nm and 650nm in vivo. Molecular modification of the surface of SiQD results in rearrangement of the QD surface atoms, which promotes the crystallization of the QD. As a result, the internal quantum yield of the light increased by more than 20%. The light intensity of the cell is sufficient. Second, the molecular modification of SiQD is the molecular action of SiQD, and the molecular modification of SiQD is the control of SiQD. Transmission electron microscopy is used to detect spherical particles with an average particle diameter of 100nm. In the face of white, white HeLa cells were cultured and examined by microscopy. Homogeneous cytoplasm exists in the cytoplasm, and one side of the nucleus invades the other side of the nucleus. The light absorption rate of the molecule is good, and the active acid is produced. The cell damage rate is good. The active acid is produced when the molecule is irradiated with light.(Active acid production is determined by spectrophotometry), cell killing is determined by spectrophotometry. The results of this study are expected to be useful for the detection of cells and the simultaneous killing of cells by light mechanics.