[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

生体医用イメージングを志向した第二近赤外光(NIR-II)色素:②合成蛍光色素

[スポンサーリンク]

バイオイメージングにおけるの先端領域の一つである「第二近赤外光(NIR-II)色素」についての総説を取り上げます。前回記事①からの続きです。

“Recent advances in near-infrared II fluorophores for multifunctional biomedical imaging”
Ding F., Zhan, Y., Lu, X., Sun, Y. Chem. Sci. 2018, 9, 4370-4380. doi:10.1039/C8SC01153B

【概要】 癌などの病変部や生体組織の構造を生きた動物体内や組織切片で蛍光イメージングする目的に、組織透過性の高い近赤外光が用いられてきた。これまでは主に 700-900 nm の第一近赤外光(NIR-I) を用いた蛍光イメージングが行われてきたが、光散乱や自家蛍光の存在のため、光情報が得られる組織深部までの距離が短いこと、分解能が低いこと、バックグラウンドが高いことなどが問題であった。 この問題を解決する手法として、光散乱や自家蛍光の影響がより少ない第二近赤外光(NIR-II, 1000-1700 nm) を用いたイメージング法に注目が集まっている。どのような蛍光体(色素)が用いられているか、その利点や現在の問題、今後の展開について概観する。

3. 合成蛍光色素

3.1 D-A-D型色素

合成蛍光色素の利点は、量比を一定程度制御しつつ、小さなサイズの分子で生体分子を可視化できることである。また、ナノ粒子型の無機蛍光体とは異なり、肝臓などの臓器への非特異的な蓄積が抑制されることも利点の一つである 。現在開発されている主な NIR-II 合成蛍光色素は、Donor-Acceptor-Donor(D-A-D)型色素とポリメチン型蛍光色素に分類される。

図3.NIR-II有機色素ライブラリ

3.1.1 D-A-D 型色素

材料科学分野で開発されていた色素構造をヒントに、 NIR-II イメージング色素が開発されてきた。分子内に電子供与性と電子求引性の構造を併せ持つ Donor-Acceptor(D-A)型色素は、エネルギーギャップが小さく、 900 nm 付近の蛍光を発することが知られていた。そこで更にDonor 分子を加えた D-A-D 型色素が、更なる長波長化を引き起こし、 NIR-II(1000~1100 nm)の蛍光を発することが見いだされた。

第一世代の NIR-II 色素である CH1055 は、吸収波長が 750 nm で蛍光波長が 1055 nm であり、量子収率が 0.03%であった。また、持続的に臓器に維持されるナノ粒子型蛍光体とは異なり、CH1055 は、その 90%が 24 時間以内に体外排泄された。CH1055 の蛍光量子収率は、水溶液中で 0.03%であり、有機溶媒に比べ大きく低下する。これは、水と色素の相互作用によると考えられており、水の色素への接近を防ぐ Shield(S) 基として、色素に嵩高い置換基を導入した S-D-A-D-S 型蛍光色素が開発された 。その代表例が IR-FTAP (R1 =PEG)であり、水溶液中での量子収率は 5.3%まで向上した。

3.1.2 ポリメチン型色素

D-A-D 型色素の蛍光波長は NIR-II の領域にあるものの、励起波長は NIR-I の領域にあるため、励起・蛍光波長ともに NIR-II の領域にあるものの方が、組織深部のイメージングにとって有利である。ポリメチン型色素であるFlav7は、 励起波長を 1026 nm として、 1045 nm の蛍光を量子収率 0.53%で発する 。

3.2 水溶性・ 生体適合性

D-A-D 型色素にしろポリメチン型色素にしろ、そのままでは水に不溶性であり、生体イメージングに用いることはできない。このため、PEG 修飾をする、タンパク質に結合させる、水溶性高分子と複合化させる、リン脂質からなるナノ粒子に取り込ませるなどの処置が行われている。

3.3 バイオイメージングへの応用

CH1055 の例を一つ上げると、 affibody(抗体を模した小タンパク質)のうち、がん組織に集積するものに CH1055 を繋ぎ、皮膚がん組織をSignal-to-background 比 15 倍で可視化している(図4) 。更にはこのシグナルをもとに、がん組織を切除することに成功している。

図4. CH1055 を用いたがんのイメージング

3.4 現状の課題

合成や精製の難度が高いため、色素の誘導体化は困難なことが多い。合成分子とはいえ、分子量が大きく(多くの場合 1000 を超えている) 、サイズをいかにして小さくするかも大きな課題である。また、水溶性が低いことや量子収率の低さ(せいぜい数%)、波長の長波長化(現状は最大で 1300 nm 台)など問題は多く、ブレークスルーとなるような新たな分子設計コンセプトが必要とされている。

次回記事③に続く】

(図3・4は冒頭論文(Chem. Sci. 2018, 9, 4370)より、 CC BY-NC 3.0 licenseの規定に従い引用)
【本シリーズ記事は、糖化学ノックイン領域において実施している領域内総説抄録会の過去資料をブログ記事に転記し、一般向けに公開しているものです】

関連リンク

 

Avatar photo

糖化学ノックイン

投稿者の記事一覧

2021年度科学研究費助成事業 学術変革領域研究(B)「糖化学ノックイン」の広報アカウントです。生体分子現象の一つ「糖タンパク質の膜動態」にフォーカスし、生命系を理解し制御するための新たな反応化学技術「ケミカルノックイン」の確立を目指しています。
領域ホームページ:https://glycan-chemical-knockin.com/

関連記事

  1. フェネストレンの新規合成法
  2. 化学構造式描画のスタンダードを学ぼう!【基本編】
  3. 反応の選択性を制御する新手法
  4. 第48回ケムステVシンポ「ペプチド創薬のフロントランナーズ」を開…
  5. ACD/ChemSketch Freeware 12.0
  6. 東京理科大学みらい研究室にお邪魔してきました
  7. GFPをも取り込む配位高分子
  8. 海外学会出張でeSIMを使ってみました

注目情報

ピックアップ記事

  1. 笑う化学には福来たる
  2. アート オブ プロセスケミストリー : メルク社プロセス研究所での実例
  3. 元素手帳2022
  4. 難分解性高分子を分解する画期的アプローチ:側鎖のC-H結合を活性化して主鎖のC-C結合を切る
  5. チン・リン Qing Lin
  6. 【10周年記念】Chem-Stationの歩み
  7. 信越化学・旭化成ケミカルズが石化品値上げ
  8. The Art of Problem Solving in Organic Chemistry
  9. Spiber株式会社ってどんな会社?
  10. 求人は増えているのになぜ?「転職先が決まらない人」に共通する行動パターンとは?

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2022年1月
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31  

注目情報

最新記事

「MI×データ科学」コース 〜LLM・自動実験・計算・画像とベイズ最適化ハンズオン〜

1 開講期間2026年5月26日(火)、29日(金) 計2日間2 コースのねらい、特色近…

材料の数理モデリング – マルチスケール材料シミュレーション –

材料の数理モデリング概要材料科学分野におけるシミュレーションを「マルチスケール」で理解するた…

第59回天然物化学談話会@宮崎(7/8~10)

ごあいさつ天然物化学談話会は、全国の天然物化学および有機合成化学を研究する大学生…

トッド・ハイスター Todd K. Hyster

トッド・カート・ハイスター(Todd Kurt Hyster、1985年10月10日–)はアメリカ出…

“最難関アリル化”を劇的に加速する固定化触媒の開発

第 703回のスポットライトリサーチは、横浜国立大学大学院 理工学府 博士課程前期で…

「ニューモダリティと有機合成化学」 第5回公開講演会

従来の低分子、抗体だけでなく、核酸、ペプチド、あるいはその複合体(例えばADC(抗体薬物複合体))、…

溶融する半導体配位高分子の開発に成功!~MOFの成形加工性の向上に期待~

第702回のスポットライトリサーチは、関西学院大学理学部(田中研究室)にて助教をされていた秋吉亮平 …

ミン・ユー・ガイ Ming-Yu Ngai

魏明宇(Ming-Yu Ngai、1981年X月XX日–)は米国の有機化学者である。米国パデュー大学…

第55回複素環化学討論会

複素環化学討論会は、「複素環の合成、反応、構造および物性」をテーマとして、化学・薬学・農芸化学など幅…

逐次的脱芳香族化と光環化付加で挑む!Annotinolide B初の全合成

Annotinolide Bの初の全合成が報告された。キノリンの逐次的な脱芳香族化と分子内光環化付加…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP