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癌治療の光線力学的療法に利用されるポルフィリン
の水溶性を高める発明です
Improvement of water-solubility of porphyrin
derivatives for photodynamic therapy
埼玉大学大学院 理工学研究科
物質科学部門
教授 松岡 浩司
2
本技術の背景
• ポルフィリン (porphyrin)とは？
HNN
NH N
HN
4つのピロール環 4つのメチン基
＋
環状テトラピロール
1 2
3
4
5
20 10
15
21
24 22
25
特徴
一般に、赤色を呈し、得意な吸収像および蛍光(赤色)を示す。有機溶媒中で可視部に4本、ソーレー帯(400 nm付近)に1本のピークをもつ。
中心部の窒素は鉄やマグネシウムをはじめとする多くの元素と安定な錯体を形成することが可能である。
☛電気化学的利用
(酸化還元特性)
☛光材料として利用
(光学特性)
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本技術の背景
正常細胞に比べて、ポルフィリンが癌細胞に蓄積し易い
レーザー光を照射→1O2(一重項酸素)による癌細胞死滅
・ポルフィリン(porphyrin)を用いた癌の光線力学療法(PDT;
PhotoDynamic Therapy)が知られている。
参照先
http://ganshien.umin.jp/public/research/spotlight/ishikawa/index.html
癌の検査・治療
4
従来技術とその問題点 ・組織透過性の高い630 nmのレーザーを照射し、ポルフィリンの励起により発生する一重項酸素による癌細胞を死滅させる。
光感受性物質とレーザー光線による光化学反応を利用した癌治療法
問題点も多い・・・・ • 水溶性が極めて低い
• 生体適合性が悪い
• 排泄速度の遅さ
• 水溶性の向上
• 生体適合性の向上
• 排泄速度の向上
5
実施例 1
水溶性の向上毒性の減少
ポルフィリンと糖を組み合わせたポリマーの合成、評価
フィルム作製→選択的に癌細胞死滅多様な可能性！！
ターゲッティング
高分子化
6
実施例 2
500 MHz, in DMSO-d6
O
NHAc
OH
HOHO O
NH
O
H2N
O
x
yHN
O
HNN
NH N
z
HNN
NH N
NH
O
500 MHz, in CDCl3
Solvent : H2O
O
NHAc
OH
HOHO O
NH
O
H2N
O
x
yHN
O
HNN
NH N
z
HNN
NH N
NH
O
Solvent: CHCl3
0.19
0.15
0.10
0.05
0.00
Abs.
300 400 500 600 700
Abs.3.00
2.00
1.00
0.00
300 400 500 600 700nmnm
O
NHAc
OH
HOHO O
NH
O
HNN
NH N
NH
O
+
TEMEDAPS or AIBN
O
NHAc
OH
HOHO O
NH
O
H2N
O
x
yHN
O
HNN
NH N
z
H2N
O
DMSO or DMF
N-アセチルグルコサミン
ポルフィリン
アクリルアミド
7
実施例 3
0
20
40
60
80
100
120
140
620 630 640 650 660 670 680 690 700
蛍光強度
波長 (nm)
蛍光スペクトル
Q-597 nm
Q-555 nm
Q-519 nm
S-420 nm
0
20
40
60
80
100
120
140
350 400 450 500 550 600 650 700
蛍光強度
波長 (nm)
励起スペクトル650 nm
0
100
200
300
400
500
600
600 650 700 750 800
蛍光強度
波長 (nm)
蛍光スペクトル
Q-591nm
Q-551nm
Q-517nm
S-416nm
Solvent : H2O Solvent: CHCl3
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
350 400 450 500 550 600 650 700
蛍光強度
波長 (nm)
励起スペクトル648 nm
Q：Q帯S：Soret帯
O
NHAc
OH
HOHO O
NH
O
H2N
O
x
yHN
O
HNN
NH N
z
HNN
NH N
NH
O
ポリマー
ポルフィリン
モノマー
S帯 Q帯
8
実施例 4 (ﾌﾛｰｻｲﾄﾒﾄﾘｰによる評価)
Non-1-1001.fcs 8.93
D-0.5-1001.fcs 11.9
D-1.0-1001.fcs 19.7
D-2.5-1001.fcs 15.7
D-7.5-1001.fcs 31.5
100
101
102
103
蛍光強度(対数表示)
0
20
40
60
80
100
細胞数(%)
濃度(µM) 蛍光強度 濃度(µM) 蛍光強度
Non-1-1001.fcs 8.93
N-0.5-1001.fcs 9.92
N-1.0-1001.fcs 14.3
N-2.5-1001.fcs 11.8
N-7.5-1001.fcs 32.9
100
101
102
103
蛍光強度(対数表示)
0
20
40
60
80
100
細胞数(%)
DDS-associatedintact
HeLa細胞 HeLa細胞
光源：450 nm
650 nm 付近の蛍光
濃度依存的に強度増加 ⇒ ポリマーがHeLa細胞に取り込まれる!
ポリマー
PBS溶液
O
NHAc
OH
HOHO O
NH
O
H2N
O
x
yHN
O
HNN
NH N
z
9
0.0 µM 0.5 µM 1.0 µM
2.5 µM 5.0 µM 7.5 µM
実施例 5 (顕微鏡観察による評価)
濃度依存的に毒性増加 ⇒ ポリマーが抗癌剤になる可能性あり!
無血清条件下（HeLa細胞）、ポリマー溶液 (in PBS)
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実施例 6 (顕微鏡観察による評価)
濃度依存的に毒性増加 ⇒ 無血清条件より毒性低減
血清条件下（HeLa細胞）、ポリマー溶液 (in PBS)
0.0 µM 0.5 µM 1.0 µM
2.5 µM 5.0 µM 7.5 µM
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新技術の特徴・従来技術との比較
• 従来技術の問題点であった、水溶性の向上に成功した。
• PDT以外にも、抗癌剤として作用する可能性が示唆された。
• 顕微鏡観察により、アポトーシスにより死んだ細胞とポリマーにより死んだ細胞の形が違い、興味深い結果が得られている。
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想定される用途 その１
• 光線力学的診断(PhotoDynamic Diagnosis)
正常細胞に比べ癌細胞に蓄積しやすい性質を利用して、癌組織のイメージングをおこなう。
癌研究分野の特性等を踏まえた支援活動ホームページより引用
対象とする腫瘍
• 肺癌
• 表在性食道癌
• 表在性胃癌
• 子宮頸部癌
等
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想定される用途 その２
• 光線力学的療断(PhotoDynamic Therapy)
腫瘍親和性の光感受性物質(例えばポルフィリン誘導体)とレーザー光線を利用して、悪性腫瘍内において光化学反応を起こさせ、特異的に死滅させる。
• 組織透過性の高い赤色光領域に強い吸収をもち、腫瘍組織に対して高い選択性と親和性を有する物質が望まれている。⇒ポルフィリン誘導体
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実用化に向けた課題
• 現在、より水溶性の向上したポルフィリン誘導体まで開発済み。しかし、癌組織に対する実験が未解決である。
• 今後、より詳細な活性評価について実験データを取得し、PDDやPDTに適用していく場合の条件設定を行っていく。
Photocure ASAのホームページより
http://www.photocure.com
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企業への期待
• 水溶性ポルフィリン誘導体の合成法が確立できたので、さらに、ペプチド、タンパク質、遺伝子等の導入手法を共同開発したい。
• 各種癌組織や実験動物を取り扱うことのできる、 企業・研究機関との共同研究を希望。
• PDDやPDTに利用するための製品化を実現していただきたい。
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本技術に関する知的財産権
• 発明の名称 ：水溶性ポルフィリン誘導体と
それらの製造方法
• 出願番号 ：特願2014-9210 (2014/1/22)
• 出願人 ：国立大学法人 埼玉大学
• 発明者 ：松岡浩司、石丸雄大、
鈴木美穂、幡野 健
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お問い合わせ先
埼玉大学 アンビエント･モビリティ･インターフェイス研究センター
研究支援者(コーディネーター) 須田 均
ＴＥＬ 048－714 － 2009
ＦＡＸ 048－714 － 2009
e-mail sudakinn＠mail.saitama-u.ac.jp
