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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
1
本技術の背景
• ポルフィリン (porphyrin)とは？
H
N
4つのピロール環
特徴
2
1
20
＋
4つのメチン基
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。
5
3
4
N
HN
21 22
24 25
NH
N
10
15
環状テトラピロール
☛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)
2
本技術の背景
・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。
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
癌の検査・治療
参照先
http://ganshien.umin.jp/public/research/spotlight/ishikawa/index.html
3
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
4
実施例 1
ポルフィリンと糖を組み合わせた
ポリマーの合成、評価
水溶性の向上
毒性の減少
ターゲッティング
高分子化
フィルム作製→選択的に癌細胞死滅
多様な可能性！！
5
OH
O
HO
HO
実施例 2
O
O
HO
HO
N
H
NHAc
N-アセチルグルコサミン
O
+
N
NH
O
HN
ポルフィリン
HO
HO
OH
O
O
N
H
TEMED
APS or AIBN
x
H 2N
H 2N
DMSO or DMF
HN
N
アクリルアミド
HN
NH
O
y
N
O
z
500 MHz, in DMSO-d6
O
O
NHAc
O
NHAc
N
H
N
OH
O
0.19 Abs.
N
H
Abs.
3.00
x
N HN
HN
Solvent: CHCl3
Solvent : H2O
H2N
O
y
O
z
NH N
0.15
HO
HO
OH
O
O
O
NHAc
N
H
2.00
x
N
N
H
NH
N HN
0.10
HN
O
HN
H2N
O
y
O
z
N
NH N
500 MHz, in CDCl3
1.00
0.05
N
O
HN
N
H
NH
N
0.00
0.00
300
400
500
600
700 nm 300
400
500
600
700 nm
6
実施例 3
ポリマー
蛍光強度
140
120
HO
HO
OH
O
Solvent : H2O
蛍光スペクトル
O
Q：Q帯
S：Soret帯
O
NHAc
蛍光強度
600
N
H
ポルフィリン
モノマー
Solvent: CHCl3
蛍光スペクトル
500
x
H2N
100
N HN
HN
400
O
y
O
z
Q-597 nm
NH N
80
300
N
O
HN
Q-555 nm
60
NH
Q-519 nm
Q-591nm
N
H
N
Q-551nm
200
40
Q-517nm
S-420 nm
20
100
S-416nm
0
0
620
630
640
650
660
670
680
690
波長 (nm)
蛍光強度
600
700
650
700
波長 (nm)
750
800
蛍光強度
900
140
励起スペクトル
120
励起スペクトル
800
650 nm
700
100
600
80
500
648 nm
400
60
300
40
200
S帯
20
0
350
400
100
Q帯
450
500
550
波長 (nm)
600
0
650
700
350
400
450
500
550
波長 (nm)
600
650
700
7
実施例 4 (ﾌﾛｰｻｲﾄﾒﾄﾘｰによる評価)
濃度(µM) 蛍光強度
細胞数(%)
N-7.5-1001.fcs
N-2.5-1001.fcs
N-1.0-1001.fcs
N-0.5-1001.fcs
Non-1-1001.fcs
濃度(µM) 蛍光強度
ポリマー
PBS溶液
32.9
11.8
14.3
9.92
8.93
光源：450 nm
細胞数(%)
D-7.5-1001.fcs
D-2.5-1001.fcs
D-1.0-1001.fcs
D-0.5-1001.fcs
Non-1-1001.fcs
31.5
15.7
19.7
11.9
8.93
100
100
HeLa細胞
intact
80
HO
HO
60
OH
O
HeLa細胞
DDS-associated
80
650 nm 付近の蛍光
O
60
O
N
H
NHAc
x
H2N
40
40
N HN
HN
O
y
O
z
NH N
20
20
0
0
10
0
1
10
10
蛍光強度(対数表示)
2
10
3
10
0
1
10
10
蛍光強度(対数表示)
2
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!
10
3
8
実施例 5 (顕微鏡観察による評価)
無血清条件下（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
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!
9
実施例 6 (顕微鏡観察による評価)
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
濃度依存的に毒性増加 ⇒ 無血清条件より毒性低減
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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。
対象とする腫瘍
• 肺癌
• 表在性食道癌
• 表在性胃癌
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
• 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)
ＴＥＬ
ＦＡＸ
e-mail
須田 均
048－714 － 2009
048－714 － 2009
sudakinn＠mail.saitama-u.ac.jp
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