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。

在这项研究中，我们开发了用于癌症治疗诊断的纳米颗粒药物。硅量子点（SiQD）被用作纳米粒子的材料。通过将QD尺寸控制在1.9 nm，我们获得了荧光峰位于650 nm的SIQD，该波长被称为生物体的光谱窗口。用癸烷分子修饰SiQD的表面促进了QD表面原子的重排并显着提高了结晶度。结果，荧光内量子产率提高到20%以上。该效率足以实现癌细胞荧光成像的荧光强度。接下来，我们创建了一个混合簇，其中将基于卟啉的分子应用于癸烷单分子修饰的 SiQD。用透射电子显微镜观察发现，团簇为平均粒径为100 nm的球形颗粒。有趣的是，该簇是水溶性的并且高度分散在培养基中，因此我们继续进行细胞培养实验。当将杂合簇添加到HeLa细胞并培养时，荧光显微镜显示杂合簇被整合到细胞中。荧光图像显示它相对均匀地存在于细胞质中，但没有渗透到细胞核中。先前的研究表明，基于卟啉的分子可以有效地吸收入射光并产生活性氧，从而损害癌细胞，即使在这种混合材料中，也可以通过光照射高效地产生活性氧（活性氧的产生被揭示）。使用荧光分光光度计进行的测量）和细胞分析测试表明它可以杀死癌细胞。如上所述，这项研究的结果可以同时利用荧光和光动力杀死癌细胞来观察癌细胞，有望应用于癌症治疗诊断学。