ネオンドットの合成により環境に優しい「光」が生成 | BRILink と BRI エージェント

蛍光ドット（光を発する小さな粒子）は、腫瘍の境界を医師がより正確に特定できるようにすることから、体内のより深いところに薬剤を送達することまで、さまざまな生物医学的用途が期待されています。しかし、このようなドットを送達することは通常、強力な化学物質を伴う長くて退屈なプロセスです。現在、NIBIB の資金提供を受けた研究者は、製造が簡単なだけでなく、環境に優しい材料を使用する蛍光ドットを開発しています。

NIBIB プログラム ディレクターのタチアナ アタナシエビッチ博士は、「この原理実証研究は、バイオメディカル分野の新しい分子である蛍光ナノ材料の作成に対する新しい「グリーン」アプローチの概要を示しています」と述べています。「ここで説明されている研究は、この重要なタイプのナノ粒子をより安価で安全に合成する方法につながる可能性のある基本的な洞察を提供します。」

蛍光ドットの従来の合成方法では、通常、物質を分解し、化学反応を促進するのに効果的な有機溶媒を使用する必要があります。しかし、有機溶媒は可燃性、揮発性、発がん性があり、取り扱いを誤ると潜在的に危険です。さらに、蛍光ドットの合成は一般的に時間がかかり、複雑であるため、大規模製造には課題があります。

しかし、ネブラスカ大学医療センター（UNMC）の研究者たちは、代わりとなる戦略を模索しています。彼らは、一般的な炭水化物であるヒアルロン酸と特定のアミノ酸（タンパク質を構成する分子）を組み合わせました。どちらの成分も私たちの体内に豊富に存在し、最も重要なのは、どちらも水溶性であることです。後者の特徴により、有毒な有機溶媒が不要になります。

「従来の蛍光ドットとは異なり、私たちのドットは2つの天然素材を組み合わせています」と、UNMCの薬学部教授で、研究の主任著者であるアーロン・モース博士は説明します。「これにより、ナノマテリアルの合成が容易になるだけでなく、ドットを水だけで精製できるため、これらの分子の生体適合性も活用でき、さまざまな環境で使用できる可能性があります。」モース博士の蛍光ドットに関する研究は、 最近報告された ジャーナルで ACSオメガ、

通常、研究者が蛍光粒子を作るときは、蛍光特性を持つ出発物質を使用します。しかし、ヒアルロン酸もアミノ酸も、それ自体では蛍光を発しません。点を光らせるために、モース氏と同僚は、材料を組み合わせたときに発生する独特の化学特性を利用しました。ヒアルロン酸が特定のアミノ酸と相互作用すると、分子が共有する電子が制限され、特定の波長の光にさらされたときの電子の反応に影響します。この現象は、架橋増強発光として知られています。その結果、点が特定の条件下で青く光り、細胞内でナノ粒子を見ることができるようになります。

研究者らは、バイオメディカルイメージング用途を超えて、これらの蛍光ナノ粒子が薬物送達に使用できるかどうかを調べたいと考えました。彼らは、一般的な癌化学療法薬であるドキソルビシンをドットに充填し、その薬物放出特性と細胞毒性効果を評価しました。標準的なドキソルビシンと比較して、ドキソルビシンを充填したドットは、標準的な薬物放出アッセイで薬物をよりゆっくりと放出し、乳癌細胞の死滅が増加しました。研究の筆頭著者であるディープ・バッタチャリア博士は、「大量の標準的なドキソルビシンは薬物流出メカニズムによって細胞から放出されますが、ドット内に薬物を閉じ込めると、「ある程度、その効果を無効にする」ことができます」と説明しています。現在はファイザーの上級科学者です。「ナノドット内に閉じ込めることで、治療ペイロードが増加し、ドキソルビシンの細胞への放出が長くなります。」

モース氏は、この概念実証研究は蛍光ドットのほんの始まりに過ぎないと述べています。「組織内の生物学的物質をよりよく検出できるように、これらのドットをさらに改良したいと考えています」と同氏は言います。「しかし、この初期研究は、環境に優しい材料を使用して作ることができるこれらのドットの画像化と薬物送達の特性を示しています。」

この研究は、国立生物医学画像工学研究所 (NIIB) からの助成金 R01EB019449 と国立がん研究所 (NCI) からの助成金 R21CA212500 および P30CA036727 によって資金提供されました。

研究参考文献: Deep S. Bhattacharya、Aishwarya Bapat、Denis Svechkarev、Aaron M. Mohs。ヒアルロン酸と疎水性アミノ酸からの水溶性青色蛍光非共役ポリマードット。ACS Omega 2021 6 (28)、17890-17901。DOI: 10.1021/acsomega.1c01343

この科学概要では、基礎研究の成果について説明します。基礎研究は、人間の行動と生物学に関する理解を深め、病気の予防、診断、治療のための新しい、より優れた方法を開発するための基礎となります。科学は予測不可能で漸進的なプロセスです。各研究の進歩は、過去の発見に基づいており、予期せぬ形で行われることがよくあります。臨床の進歩のほとんどは、基礎研究の知識なしには不可能です。

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