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 唐島田 龍之介

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1) 異核 4 核 Ca-Tb-TCAS 錯体の合成、および 2 ) がん細胞へ送達可能な Pt(II)- ジラジカル錯体の開発について述べる。
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 ofchemical 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) synthesis of heterotetranuclear Ca-Tb-TCAS complex and (2) active delivery of Pt(II)-diradical complex to cancer cells.

Ryunosuke Karashimada

体透過性の高い近赤外（NIR）光を吸収する光熱変換体をがんに送達し、外部から NIR 光を照射することで発生した熱でがん細胞を殺傷することに基づく。課題はがんへの選択的送達である。がん細胞表面に過剰発現しているレセプターをターゲットとするリガンドを光熱変換体に導入できれば、がん細胞に能動的に輸送できる。我々は既に細胞内で NIR 吸収能を示す Pt(II)- ジラジカル錯体を見いだしている。今回モデルとして葉酸（FA）を Pt(II)- ジラジカル錯体へ修飾した。本錯体のがん細胞への送達量を調べたところ非修飾錯体に比べ 10 倍以上であり、FA 修飾の有用性を示すことが出来た。リン

異核 4 核 Ca-Tb-TCAS 錯体の選択的合成と発光特性
一分子中に異なる金属イオンを有する異核錯体の合成には、同核錯体などの副生成物の生成を抑制するため、配位子の精密な設計や複雑な合成方法が必要であった。我々はチアカリックスアレーン（TCAS）が水溶液中で 3 種類の異核 4 核錯体（Ca 4-xTbxTCAS 2 ,x = 1- 3）を 自 己 組 織 的 に 形 成 す る こ と を 見 出 し た。 混 合比（Ca:Tb:TCAS）と pH を 制 御 す る こ と で、Ca1Tb3TCAS2 錯 体（Ca:Tb:TCAS = 1:3:2, pH 6.0）
、Ca2Tb2TCAS2 錯体（Ca:Tb:TCAS11）がそれぞれ選択的に合成可能であった（Fig.1）。また、既報のTb3TCAS2 錯体を合成後、一当量の Ca イオンと混合することで、Ca1Tb3TCAS2 錯体を選択的に合成できた。以上より、構成要素（Ca, Tb, TCAS）を任意の割合で混合し、pH を調整するだけで 3種類の異核 4 核錯体を選択的に合成する方法を確立した。さらに、これらの異核 4 核錯体は TCAS から Tb へのエネルギー移動発光した。以上より、高い発光機能を持つ異核 4 核 Ca-Tb-TCAS 錯体の選択的合成法の確立に成功した。

がん細胞への能動的送達を可能とする
Pt(II)- ジラジカル錯体の開発

46 Coexistence Activity Report 2022

その他の活動〔Handbook of Physics and Chemistry of Rare Earth 62の出版〕
Naoya Morohashi, Nobuhiko Iki, Lanthanide-calixarene
complexes and their applications, HPCRE, Volume 62, 2022,
Pages 1-280, Elsevier.
本ハンドブックは希土類の物理と化学の関係する研究領域を網羅する。
第 62 巻では Calixarene- 希土類の化学について 531の文献を渉猟し、配位子設計、錯体の安定性、構造、光物性、機能、材料応用の観点から解説し、445 種類の Calixarene 配位子を取りあげた。
〔 基 調 講 演 〕Nobuhiko Iki, "Capillary electrophoresis as a toolfor kinetics and thermodynamics of biomolecular and metalcomplex systems" APCE-CECE-ITP-IUPAC 2022, Cambodia.
〔出張講義・見学受入〕宮城県仙台第一高等学校（45 名 , 12 月 7 日），
北海道北見北斗高校（11 名 , 12 月 15 日）。
〔受賞〕
・東北分析化学奨励賞「異核複核ランタニド錯体の高機能化と分離分析法の開発」唐島田龍之介、日本分析化学会東北支部、12 月 17 日
・フロンティア・ラボ賞「分光イメージングを用いた近赤外吸収ジラジカル白金錯体の細胞導入の観察」D3 澤村瞭太、みちのく分析科学シンポジウム、7 月 23 日

がんの新たな治療法として光熱治療が注目されている。これは生Fig.1 The formation of three types ofheterotetranuclear Ca-Tb-TCAS complexes.の送達に応用可能である ( Chem. Lett ., 2022, 51, 1157)。

Fig.2 The schematic representation of energy-transfer
luminescence in heterotetranuclear Ca-Tb-TCAS complexes.

Fig.3 Modification of the Pt(II)-diradicalcomplex with folic acid and enhancement of
the delivery to the cells.

Fig.4 Handbook on thePhysics and Chemistry ofRare Earths, vol. 62.

Other Activities[Publication of Handbook of Physics and Chemistry of Rare Earth 62]
Naoya Morohashi, Nobuhiko Iki, Lanthanide-calixarene complexes andtheir applications, HPCRE, Volume 62, 2022, Pages 1-280, Elsevier.
The handbook deals with a research area related to physics and chemistryof rare earth. In Volume 62, we cited 531 studies to describe chemistry ofa rare-earth–calixarene complex in terms of ligand design, stability,structure, photophysical properties, functions, and application tomaterials. The number of calixarene ligands described is up to 445.
[Keynote Lecture]
Nobuhiko Iki, “Capillary electrophoresis as a tool for kinetics andthermodynamics of biomolecular and metal complex systems,” APCECECE-ITP-IUPAC 2022, Cambodia.
[Visiting lectures and acceptance of lab tours]
Sendai Daiichi High School, Miyagi Prefecture (45 students, December 7)
and Kitami Hokuto High School, Hokkaido (11 students, December 15).
[Awards]
・Tohoku Encouragement Award for Analytical Chemistry for“Functionalization of Heteronuclear Dinuclear Lanthanide Complexes
and Development of their Separation and Analysis Methods,” by
Ryunosuke Karashimada, Tohoku Branch, the Japan Society for
Analytical Chemistry, December 17.
・Poster Award, Michinoku Symposium of Analytical Sciences, for“Development of near-infrared-absorbing PtII complexes toward cancer
photothermal therapy agents,” Ryota Sawamura (D2), October 2.

Fig.5 Snapshot of the lab-tour.

Department of Frontier Sciences for Advanced Environmentを示し（Fig.2）、高い量子収率と長寿命発光を持つことを明らかに

The synthesis of heteronuclear complex comprising different metal ionsrequired a precise design of ligands or a convoluted synthesis method tocircumvent the formation of by-products such as homonuclear
complexes. We have found that thiacalixarene (TCAS) self-assembled
into three types of heterotetranuclear complexes (Ca 4-xTb xTCAS2 , x =1- 3) in aqueous solution. In the optimum conditions of the mixing ratio(Ca:Tb:TCAS) and pH value, the selective formation of Ca1Tb3TCAS2complex (Ca:Tb:TCAS = 1:3:2, pH 6.0), Ca 2Tb2TCAS2 complex(Ca:Tb:TCAS = 2:2:2, pH 10), and Ca 3Tb1TCAS2 complex (Ca:Tb:TCAS= 3:1:2, pH 11) was achieved (Fig.1). In addition, the Ca1Tb3TCAS2complex was selectively synthesized by mixing the previously reported
Tb3TCAS2 complex with one equivalent amount of Ca ion. As a result of
these findings, selective synthesis methods for three types ofheterotetranuclear complexes have been developed through theoptimization of the Ca:Tb:TCAS ratio and pH condition. Furthermore,these heterotetranuclear complexes exhibited energy-transfer
luminescence from TCAS to Tb, with high quantum yield and long
luminescence lifetime (Fig.2). In conclusion, we have succeeded in thedevelopment of a selective synthesis method of heterotetranuclear
Ca-Tb-TCAS complexes possessing high luminescence properties.

カー導入錯体は他のリガンド修飾も可能であり、特定の腫瘍細胞へ

Photothermal therapy, whereby materials capable of a photothermal
effect are delivered to cancer and then highly transmitting near infrared(NIR) light is irradiated to produce heat to kill the cancer, has attracted
much attention. Selective delivery of the materials to cancer is of key
importance. Active targeting is one promising strategy to modify thematerials with a ligand that binds to a receptor excessively expressing
at the surface of cancer cells. We have already reported Pt(II)-diradicalcomplexes having high photothermal conversion efficiency. Herein,
we attached folic acid (FA) to the complex as one of the ligand materials
for cancer. As a result, the amount of Pt(II) complex introduced intocancer cells increased 10 times more than that of unmodified Pt(II)complex. The strategy can be applicable to other ligands (Chem. Lett.,
2022, 51, 1157).

先端環境創成学専攻= 2:2:2, pH 10）、Ca3Tb1TCAS2 錯 体（Ca:Tb:TCAS = 3:1:2, pH

Selective synthesis and luminescence
properties of heterotetranuclear
Ca-Tb-TCAS complexes

Development of Pt(II)-diradical-complexenabling active targeting of cancer cells

Fig.6 Certificate of Tohoku
Encouragement Award for
Analytical Chemistry.
Coexistence Activity Report 202247