自然共生システム学講座
環境分析化学分野

Environmentally Benign Systems

Environmental Analytical Chemistry

環境系・生体系物質計測への展開を目指した
新しい化学分析モチーフの開発
Development of Chemical Motifs for Environmental andBiomedicinal Analysis

教授 壹岐 伸彦

助教 鈴木 敦子

助教 唐島田 龍之介

Professor

Assistant Professor

Assistant Professor

Nobuhiko Iki

当研究室では、環境や医療分野における課題を解決することを目指し、分子認識に基づく新しい分析手法の開発を行っている。分子認識化学に基づき新しい化学モチーフを開発し、実際の分析手法に応用していくことは、分析技術の飛躍的な発展につながると考えている。今年度得た主な成果の中から以下の 3 点について報告する。1. 白金 (II) ジラジカル錯体に基づくがんの光熱療法薬剤の開発、2. Yb(III)- シッフ塩基錯体の近赤外発光特性、3. アルキル鎖長に起因した配位環境の非対称化による三脚型シッフ塩基 - ランタニド錯体の発光増強。
The aim and goal of this division is to develop analytical methods based on molecular recognition, which provides solutions for environmental problems
and tasks in medicine. We believe that breakthroughs in analytical technology will be facilitated through the development and application of chemical
motifs capable of recognizing materials and through the establishment of methodology for separation/preconcentration and detection/determination
methods for materials of environmental and biological importance. Among such chemical motifs that we studied this year, three examples will be described:
1) Pt(II)-diradical Complex toward Photothermal Therapy of Cancer, 2) Near-Infrared Luminescent Property of Yb(III) Complex with Tripodal SchiffBase, and 3) Low Symmetry of Coordination Environment due to the Alkyl Chain Length Leading to Enhancement of Ln Luminescence in Tripodal Schiffbase-Ln Complex.

Atsuko Masuya-Suzuki

Ryunosuke Karashimada

Yb(III)- シッフ塩基錯体の近赤外発光特性
近赤外発光を示す 3 価のイッテルビウム (Yb(III)) は、生体イメー
ジング用プローブや発光材料への応用が期待される。特に、光吸収配位子を持つ Yb(III) 錯体が示す発光では、高効率の励起ができると注目される。しかし、その発光特性に関する定量的実験値の報告例は不足しており、発光過程は十分に理解されていない。今回、我々は 7 配位の Yb(III)- シッフ塩基配位子錯体 (Fig.3) が非常に短い輻射
寿命を示すこと、さらに配位子金属間電荷移動 (LMCT) を経由するエネルギー移動が起きる可能性があることを見出した (Fig.4)。これ
らの知見は、エネルギー移動、無輻射失活、輻射失活の各過程を理解し最適化することにつながる (ChemistryOpen, DOI: 10.1002/

白金 (II) ジラジカル錯体に基づくがんの光熱療法薬剤の開発

Pt(II)-diradical Complex toward PhotothermalTherapy of Cancer

がんが日本人の死因の第 1 位となって久しい。誰でもアクセスできる持続可能な診断・治療法が求められている。がんの光熱療法は光熱変換プローブを投与し、光照射に伴ってプローブから発生する熱によってがん細胞を殺傷する手法である。光源としてパルス光を用いれば超音診断・治療の一体化を念頭に、当研究室では生体透過性の高い近赤外光を高効率で吸収・光熱変換するプローブを開発してきた。今年度は光熱療法にフォーカスし、細胞レベルでのがんの殺傷能力を確認した (Fig.1)。白金錯体 PtL 2 ( L– = 3,5-dibromo-1,2-diiminobenzosemi-quino-nato ligand) を水溶化するため、ウシ血清アルブミン0.39 W) を 30 分照射すると温度が 24 から 42 ℃に上昇した。PtL 2 BSA 複合体はがん細胞 MCF-7 によく取り込まれ、ミトコンドリアや小胞体に偏在した。そこにレーザー光 (730 nm, 0.3 W) を照射したところ、照射領域にて細胞死が生じ (Fig.2)、PtL 2 を光熱変換プローブとする光熱治療の可能性を見いだした ( RSC Advances , 2020, 10,ランタニド（Ln）発光は、中心 Ln の配位環境の対称性が低いほど発光強度が強くなる。我々はワンポット合成で得られる三脚型シッフ
塩基 -Ln 錯体について、従来の tren を三脚型アミンに用いた系を拡張し、アルキル鎖長を長くした三脚型アミン（trpn）を用いた Tb 錯体（TbLtren, TbLtrpn）を合成した（Fig.5）。配位環境の違いについて、非対称性が高いほど値が大きくなる shape factor (S) によって評価したところ、TbLtrpn（S = 8.82,8.90）は TbLtren（S = 7.70, 7.77）よりも大きく、非対称性が 高かった。さらに、TbLtrpn は明瞭な Tb発光を示した一方、TbLtren は Tb 発光と配位子由来のりん光が重なり合った発光特性を示した（Fig.6）。これは、TbLtren では Tb から配位子への逆エネルギー移動によって Tb 発光の効率が低いことに対し、TbLtrpn は配位環境の対称性が低いことに起因して逆エネルギー移動が無視できるほど放射遷移が速いためと考える。

6460.)

Fig.1 Concept of the photothermal therapyof cancer using PtL2

42 Coexistence Activity Report 2020

Fig.2 Fluorescence images of MCF-7 cells (a) withand (b) without PtL2 (20 μM). The circle shows thelaser spot. Scale bar: 200 μm.

Fig.3 Seven-coordinated Yb(III) complexes
with a tripod Schiff base.

Fig.4 Proposed sensitization mechanism for theYb(III) complex with a tripod Schiff base.

Low Symmetry of Coordination Environment
due to the Alkyl Chain Length leading toEnhancement of Ln Luminescence in Tripodal
Schiff base-Ln Complex
The intensity of Ln luminescence depends on the symmetry of thecoordination environment, and low symmetry enables enhancement of theLn luminescence. In the case of the tripodal Schiff base-Ln complex, we
synthesized a new tripodal Schiff base-Tb complex using trpn as a tripodal
amine (TbLtrpn), which has a longer alkyl chain unit than that of aconventional complex (TbLtren). The symmetry of the coordination
environment was evaluated by shape factor (S). The TbLtrpn (S = 8.82, 8.90)
is larger than that of TbLtren (S = 7.70, 7.77), indicating that the coordination
environment of TbLtrpn is lower symmetry than that of TbLtren (Fig.5). Inaddition, TbLtrpn showed clear Tb-centered luminescence; however, TbLtren
showed Tb-centered luminescence and ligand phosphorescence (Fig.6).
Therefore, back energy transfer (Tb to ligand) of TbLtren leads weak Tbcentered luminescence, but TbLtrpn has negligible back energy transfer due
to the fast radiative transition of Tb by the low symmetry of thecoordination environment.

Fig.5 Synthesis, structure, and shape factorof TbLtren and TbLtrpn.

Department of Frontier Sciences for Advanced Environmentと (BSA) の複合体を調製した。この水溶液にレーザー光 (730 nm,アルキル鎖長に起因した配位環境の非対称化による三脚型シッフ塩基 - ランタニド錯体の発光増強

The trivalent ytterbium (Yb(III)) ion has attracted significant interest for
its application in several technologies, including biological imaging andsolar-energy conversion, due to its fascinating near-infrared luminescenceproperty. So far, Yb(III) complexes with light-harvesting organic ligands
have been studied because the sensitization of the Yb(III) luminescence bysuch ligands is a promising strategy for overcoming the inefficiency of thedirect excitation of Yb(III). However, the report of the quantitative
experimental values and understanding for sensitized Yb(III) luminescenceare still insufficient. In this work, we study the photophysical properties ofa Yb(III) complex with a tripodal Schiff base (YbL) to understand its
sensitized luminescence (Fig.3). Our results show that the sevencoordinated Yb(III) complexes with the Schiff base ligand had two features:the short radiative lifetime and the non-triplet sensitization path (Fig.4).
These findings may lead us to a better understanding and optimization of
the energy transfer, non-radiative deactivation, and radiative deactivation
processes in the Yb(III) luminescence (ChemistryOpen, DOI: 10.1002/
open.202000224).

先端環境創成学専攻

波が発生し、それから光音響イメージング、ひいては診断が可能となる。

Photothermal therapy is an affordable one for cancer. To obtain satisfactory
results, a drug to convert the light energy to thermal energy with highefficiency is required. Taking advantages of non-fluorescence and a highability to absorb near-infrared light, we studied a diradical complex PtL2
(L – = 3,5-dibromo-1,2-diiminobenzosemiquinonato ligand) as the drug(Fig.1). PtL2 is hydrophobic and insoluble in aqueous solutions. Therefore,a fivefold amount of bovine serum albumin (BSA) was used to solubilize itin phosphate buffered saline (PBS). Upon irradiation of laser light (730nm, 0.39 W) for 30 min, the temperature of the solution ([PtL2] = 40 µM,[BSA] = 250 µM in PBS) increased from 24 to 42 °C. MCF-7 cells wereincubated in a culture medium containing PtL2 solubilized with BSA.
Hyperspectral images of the cells showed that PtL2 distributed in
mitochondria and endoplasmic reticulum. Finally, the photothermal effectof PtL2 on cell viability was studied; laser light (730 nm, 0.3 W) wasirradiated to a 1-mm diameter region of cell culture medium containing
MCF-7 cells with PtL2 for 15 min. At the center of the region, cell death
was observed (Fig.2). A control experiment using MCF-7 cells without
containing PtL2 showed no cell death upon irradiation of the light. Thesesuggest that PtL2 can be used as an agent for photothermal therapy.

open.202000224)。

Near-Infrared Luminescent Property of Yb(III)Complex with Tripodal Schiff BaseFig.6 Emission spectra of TbLtren and TbLtrpn.

Coexistence Activity Report 202043