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 andBiochemical 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

Atsuko Masuya-Suzuki

Ryunosuke KarashimadaGroup Photo

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。今年度は、
1. 白金 (II) - ジラジカル錯体、2. ランタニド - チアカリックスアレーン錯体に関する成果を得た。
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, two examples will be described:
1. Photothermal Effect and Cellular Uptake of Near-Infrared Absorbing Diradical-Platinum(II) Complex and 2. Selective Synthesis of Heteronuclear
Lanthanide Cluster Complex.

異核ランタニドクラスター錯体の選択的合成法の開発

Selective Synthesis of the Heteronuclear
Lanthanide Cluster Complex

異種ランタニド（Ln, Ln'）を持つ異核 Ln 錯体において、Ln は化学的性質が似ているため目的の異核 Ln 錯体を選択的に合成することは難しい。我々はチアカリックスアレーン（TCA）が Ln と多核 Ln クラスター錯体（Ln3TCA 2）が生成する際、逐次的に錯形成が進行すること（Ln + TCA → Ln1TCA1 → Ln2TCA 2 → Ln3TCA 2）に着目し、中間体の分取による異核 Ln クラスター錯体の合成を試みた（Fig.3）。

近赤外光を吸収するジラジカル白金 (II) 錯体の光熱効果の検討と細胞への導入
光熱療法は、近赤外（NIR）光を吸収し熱に変換する治療薬を用いて、がん細胞を局所的に加温して殺傷する手法であり、がんの低侵襲な治療法として注目されている。当研究室では、ブロモ基を有するジラジカル白金 (II) 錯体（PtL 2 , Fig.1）が疎水性環境でモル吸光係数が約 105 M –1cm –1 の NIR 吸収を示すことを見出している。本研究ででがん細胞を殺傷できる可能性があることに着目し、PtL 2 の光熱療法薬としての特性を検討した。はじめに、PtL 2 をウシ血清アルブミン（BSA）存在下で PBS に可溶化した。この溶液は 740 nm に吸収極大を示すことが分かった。さらに、この溶液に NIR 光を照射すると溶液の温度が上昇することを見出した（Fig.1）。また、BSA で可溶化した PtL 2 をヒト乳腺癌細胞株 MCF-7 に導入し、ハイパースペクトル画示す領域があることが分かった。PtL 2 はオルガネラの膜構造に局在していると考えられる。以上、PtL 2 が有効な光熱療法薬となりうることを示した。現在、PtL 2 の光熱効果による細胞殺傷能を調査している（第 43 回錯体化学国際会議（ICCC2018），Applied Sciences

ここに Yb と pH 緩 衝 溶液を添 加することで再び錯 形成が 進行し、Tb3TCA 2 と Tb 2Yb1TCA 2 の 2 成分が主で、Tb1Yb2TCA 2 の成分が若干含まれている混合物を得られた。異核錯体の選択的な合成法として十分ではないが、従来の同核・異核 Ln クラスター錯体の混合物と比較して Tb2Yb1TCA 2 の割合が増え、さらに Tb1Yb2TCA 2 を大幅に減らすことに成功した。今後は合成条件などを詳細に検討し、単一の異核 Ln クラスター錯体の選択的合成を目指す。
（第 38 回 キャピラリー電気泳動シンポジウム（SCE2018））

Achievements other than research

その他の業績
・学術集会の運営 : 日本分析化学会第 67年会 , 錯体化学会 68 討論会、43rd International Conference on Coordination Chemistry(ICCC2018)、分離機能とセンシング機能の化学セミナー 2018
・社会貢献：第 274 回 化学への招待（宮城地区）- 楽しいみんなの実験室「小さいもの、大きいもの、尖ったもの・・・− 作り方で変わる沈殿の形」、学都仙台・宮城 サイエンスデイ「サイエンスマップ～光編～リアル版」

・Organization of academic meetings:i) 67th Annual Meeting of Japan Society for Analytical Chemistry,ii) 68th Conference of Japan Society of Coordination Chemistry,iii) 43rd International Conference on Coordination Chemistry (ICCC2018),iv) Seminar on Separation and Sensing Functions 2018.
・ Contribution to events for scientific outreach:i) The 274th Invitation to Chemistry, Miyagi,ii) Science Day, Miyagi, SendaiPoster Award）。

Fig.1 Structure of PtL2 and temperature increase ofdifferent concentration of PtL2 under the irradiation
by NIR light at 725 nm.

44 Coexistence Activity Report 2018

Fig.2 (a) Color image and (b) hyper spectral image
at 740 nm of MCF-7 cells incubated in the presenceof PtL2.

Fig.3 Schematic representation of selective
synthesis of heteronuclear Ln cluster complex.

Fig.4 Chromatograms and an electropherogramfor samples (a) before fractionation, (b) after
fractionation, and (c) after addition of Yb.

Fig.5 Invitation to Chemistry

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

像を取得した（Fig.2）。その結果、細胞内に PtL 2 由来の NIR 吸収を

Photothermal therapy, which utilizes agents to convert near-infrared(NIR) light energy into heat and kill cancer cells by local heating, has
attracted much attention as a minimally invasive therapy. Our grouppreviously revealed that a diradical-platinum(II) complex with bromogroups (PtL2 , Fig.1) shows NIR absorption with a molar absorption
coefficient of ca. 105 M –1cm –1 in hydrophobic media. Considering that PtL2
might be localized at the membrane of the cell surface or organelles incancer cells and cause cell death by its photothermal effect, we studied theproperty of PtL2 as a novel photothermal agent. In the presence of bovine
serum albumin (BSA), PtL2 was solubilized in PBS. The solution shows anabsorption maximum at 740 nm. The solution temperature increases with
NIR irradiation (Fig.1). The complex solubilized by BSA was introduced
to the human breast cancer cell line MCF-7. The hyperspectral image ofMCF-7 was obtained (Fig.2). In some regions, PtL2 is located to show NIRabsorption. The complex seems to be localized on organelle membranes.
We are now studying the intracellular location of PtL2 and its cell-killing
ability through its photothermal effect. (43rd International Conference onCoordination Chemistry (ICCC2018), Applied Sciences Poster Award)

トラブチルアンモニウム）を共存させることで Tb1TCA1 → Tb2TCA 2の反応速度が遅くなり、Tb1TCA1 を分取することに成功した（Fig.4）。

先端環境創成学専攻

は、PtL 2 が細胞表面の膜やオルガネラの膜に局在し、その光熱効果Photothermal Effect and Cellular Uptake of
Near-Infrared Absorbing DiradicalPlatinum(II) Complex

TCA と Tb の錯形成時に長鎖のアルキルアンモニウム塩（例：臭化テ

Selective synthesis of the heteronuclear lanthanide (Ln) complex isdifficult because the difference of the chemical properties between Lnseries is very small. We tried selective synthesis of the heteronuclear Lncomplex in a thiacalixarene (TCA) system. This reaction system proceeds
in a step-wise manner (Ln + TCA → Ln1TCA1 → Ln 2TCA 2 → Ln 3TCA 2).
We thought that selective synthesis of the heteronuclear Ln-TCA complex
may be possible with the reaction of isolated Ln1TCA1 with multiple Lnions (Ln’). The reaction rate of Tb1TCA1 → Tb2TCA 2 in the presence ofalkylammonium salt (e.g. tetrabutylammonium bromide) was slower thanthat in the absence of the salt; therefore, the isolation of Tb1TCA1 wasaccomplished. The complexation reaction was proceeded by the additionof a Yb3+ solution and buffer solution in the prepared solution of isolated
Tb1TCA1. The solution consisted of Tb3TCA 2 , Tb2Yb1TCA 2 , and a small
amount of Tb1Yb2TCA 2 . The selectivity of Tb2Yb1TCA 2 in this method was
not high enough, but the ratio of Tb2Yb1TCA 2 was higher than that obtainedwith spontaneous formation in the mixture of Tb, Yb, and TCAS. Also, theportion of Tb1Yb2TCA 2 was very low. Now, we attempt to enhance theproportion of the single heteronuclear Ln cluster complex under thecondition of complexation. (The 38th Symposium on Capillary Electrophoresis(SCE2018))

Fig.6 Prepared crystals in the event.

Coexistence Activity Report 201845