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

基本信息

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

项目摘要

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。

在这项研究中，我们开发了针对癌症治疗剂的纳米颗粒药。纳米颗粒材料由硅量子点（SIQD）制成。通过控制QD的尺寸至1.9 nm，获得了在650 nm处具有荧光峰的SIQD，称为生物光谱窗口。用脱烷分子修饰SIQD表面会促进QD表面原子的重排，从而显着改善结晶度。结果，荧光的内部量子产率增加到20％或更多。该效率是足够的荧光强度，可以对癌细胞进行荧光成像。接下来，制备了混合簇，其中将基于卟啉的分子应用于脱烷单分子修饰的SIQD。从使用透射电子显微镜的观测值中，簇是球形颗粒，平均粒径为100 nm。有趣的是，该簇是水溶性的，并且高度分散在培养基中，因此进行了细胞培养实验。当添加杂化簇并培养HeLa细胞时，通过荧光显微镜将杂化簇吸收。荧光图像表明，它在细胞质中相对均匀，但未侵入细胞核。先前的研究表明，基于卟啉的分子有效地吸收了入射光并产生活跃的期限氧，从而损坏了癌细胞，并且细胞测定试验表明，当用光辐照光（通过测量中，通过荧光分析仪均可揭示活性氧气产生活性的氧气时），可以用癌细胞揭示活性的氧气，并杀死癌症。这项研究的上述结果允许通过荧光和癌细胞的光动力杀伤观察癌细胞，预计将应用于癌症疗法。