光線力学療法は、人体に無害な光照射下で励起し、活性酸素種(ROS)を発生する光感受性分子を用いた治療法であり、外科手術を必要とせず、光照射をトリガーとして標的組織を選択的に治療できることから、患者への負担が少ない治療法として注目されている。本研究では、生体透過性の高い可視光照射をトリガーとした新たな刺激応答型光感受性分子のデザイン、合成、及び機能評価を行った。
まず、生体透過性に優れた長波長可視光によって励起可能であり、1,3-ジカルボニルエノール構造を有する光感受性分子として、ヒポクレリンB (1)を選択し、1 が有する1,3-ジカルボニルエノール構造の水酸基に過酸化水素に応答するボロン酸を連結したハイブリッド分子2 をデザイン、合成した。次に、1 及び2 のUV-Vis スペクトルを測定した結果、2 は1 と比較して生体透過性の高い長波長可視領域における吸光度が減少することを明らかにした。次に、660 nm の光照射下における1 及び2 の光感受性を検証するため、ウシ血清アルブミン(BSA)の光分解活性を評価した。その結果、1 はBSA を効果的に光分解するのに対し、2 のタンパク質光分解活性は1 と比較して、顕著に低下することを見出した。さらに、1 及び2 の一重項酸素生成能を評価した結果、660 nm の光照射下における2 の一重項酸素生成能は、1 と比較して大幅に低下することを明らかにした。次に、2 の過酸化水素に対する応答性及び各種ROS との選択性を評価した。その結果、2 は過酸化水素の濃度依存的、かつ過酸化水素選択的に反応し、光感受性を有する1 を放出することを見出した。さらに、過酸化水素と反応後の2 の一重項酸素生成能を評価した結果、2が過酸化水素と反応することで、1 が有する一重項酸素生成能を回復することを明らかにした。最後に、マウスメラノーマ細胞B16F10 及びヒト正常細胞WI-38 に対する2の光細胞毒性を評価した。その結果、2 は過酸化水素を過剰発現しているB16F10 細胞に対して選択的な光細胞毒性を発現することを見出した。
Photodynamic therapy is a clinically approved therapeutic approach, which utilizes photosensitizers and harmless light, to induce cell death in the illuminated region by producing reactive oxygen species (ROS), with the advantages of non-invasiveness and precise targeting by light. In this study, molecular design, chemical synthesis, and biological evaluation of a novel activatable photosensitizer, which can be exited with highly tissue penetrating visible light irradiation as a trigger, are conducted.
Firstly, hypocrellin B (1) was selected as a photosensitizer, which can be exited with irradiation of long-wavelength visible light and has the 1,3-dicarbonyl enol structure. And then, a hybrid molecule 2, possessing a H2O2-responsive p-tolylboronic acid moiety that linked to the hydroxyl group of the 1,3-dicarbonyl enol structure of 1, was designed. After the synthesis of 2, the UV-Vis spectra of 1 and 2 were measured. As the results, 2 showed a much decrease of absorbance at long-wavelength visible light region, compared with 1. Next, the photodegrading abilities of 1 and 2 against bovine serum albumin (BSA) were evaluated. These results showed that 1 effectively photodegraded BSA upon irradiation with long-wavelength visible light (660 nm). In contrast, the photodegrading ability of 2 significantly decreased in comparison with that of 1. In addition, the singlet oxygen (1O2) generating abilities of 1 and 2 were evaluated. As the results, 1O2 generating ability of 2 under 660 nm light irradiation was found to be much lower than that of 1. Next, the reactivities of 2 against H2O2 and other ROS were evaluated, indicating that 2 effectively and selectively reacted with H2O2, and released 1. Furthermore, 1O2 generating ability of 2 after the reaction with H2O2 was measured. The result showed that 1O2 generating ability of 1 was regenerated by the reaction of 2 with H2O2. Finally, the cytotoxicities of 2 against normal human-lung fibroblast WI-38 cells and mouse melanoma B16F10 cells, which express H2O2 at a higher concentration, was examined with or without photo-irradiation. As the results, it was found that 2 showed significant and selective cytotoxicity against targeted B16F10 cells only with photo-irradiation.