JP2017053830A - Probe for raman spectroscopic analysis, and imaging method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光活性化型ラマン分光分析用プローブおよびそれを用いたラマンイメージング方法に関する。 The present invention relates to a probe for photo-activated Raman spectroscopy and a Raman imaging method using the probe.
近年、ラマン分光法に基づく分子イメージング(ラマンイメージング)が注目を集めている。ラマンイメージングは分子内在の振動を検出し可視化する技術に基づくものであり、局在する分子の振動を指標にすることから無染色・無標識での細胞小器官等のイメージングが可能である。 In recent years, molecular imaging based on Raman spectroscopy (Raman imaging) has attracted attention. Raman imaging is based on a technique for detecting and visualizing intrinsic vibrations of the molecule, and imaging of unorganized organelles without staining and labeling is possible by using the vibration of localized molecules as an index.
ラマンイメージングは、また、生体内に本来存在しない分子骨格をタグとして利用し、標的分子のみを選択的にイメージングすることができる。このようなタグとして、例えば、アセチレンやシアン化物といった炭素−炭素または炭素−窒素三重結合を有する分子や金属ナノ粒子等が知られ、これらを組み合わせた方法もこれまでに報告されている(非特許文献1〜3)。 Raman imaging can also selectively image only a target molecule using a molecular skeleton that does not originally exist in a living body as a tag. As such tags, for example, molecules having carbon-carbon or carbon-nitrogen triple bonds such as acetylene and cyanide, metal nanoparticles, and the like are known, and methods combining these have been reported so far (non-patented). Literatures 1-3).
一方で、細胞等の試料に導入されたタグはいずれも常にシグナルを発しているため、分析対象の経時的・空間的な挙動の追跡が困難であり、ラマンイメージングから得られる情報は限られていた。 On the other hand, since any tag introduced into a sample such as a cell always emits a signal, it is difficult to track the temporal and spatial behavior of the analysis target, and the information obtained from Raman imaging is limited. It was.
よって、本発明は、所望のタイミングで所望の場所に存在する場合にのみシグナルを発するような刺激応答性のプローブとそれを用いたイメージング方法の提供を目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a stimulus-responsive probe that emits a signal only when it exists at a desired location at a desired timing, and an imaging method using the same.
本発明者らは、親水性部位とシクロプロペノン骨格で保護されたアルキンを含む光活性化部位とがそれぞれ複数導入されたポリマーと、金属ナノ粒子との複合体が光活性化型ラマン分光分析用プローブとして機能することを見出した。本発明者らはまた、光活性化型ラマン分光分析用プローブを実際に生細胞中に導入し、光照射後、細胞内から発生したアルキンシグナルをラマン顕微鏡で検出できることを確認した。本発明はこれらの知見に基づくものである。 The inventors of the present invention have disclosed a photo-activated Raman spectroscopic analysis of a complex of a polymer in which a plurality of hydrophilic sites and a photoactivation site containing an alkyne protected by a cyclopropenone skeleton are introduced, and a metal nanoparticle. Has been found to function as a probe. The inventors of the present invention have also confirmed that an alkyne signal generated from the inside of a cell can be detected with a Raman microscope after the light-activated Raman spectroscopic analysis probe is actually introduced into a living cell and irradiated with light. The present invention is based on these findings.
本発明によれば以下の発明が提供される。
(1)光活性化型ラマン標識ユニットと親水性ユニットとを繰り返し単位として少なくとも含んでなる共重合体と、表面増強ラマン散乱活性を有する金属粒子との複合体からなる光活性化型ラマン分光分析用プローブ。
(2)光活性化型ラマン標識ユニットが式(a):
R1は水素原子またはC1−4アルキルを表し、
R2は式(i):
を表す)
で表される、上記(1)に記載の光活性化型ラマン分光分析用プローブ。
(3)親水性ユニットが式(b):
R3は水素原子またはC1−4アルキルを表し、
R4は水素原子、水酸基またはC1−6アルキル基(このアルキル基は1個または2個以上の水酸基、カルボキシル基および/またはアミノ基により置換されていてもよい)を表す)
で表される、上記(1)または(2)に記載の光活性化型ラマン分光分析用プローブ。
(4)共重合体がアクリル系共重合体またはメタクリル系共重合体である、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の光活性化型ラマン分光分析用プローブ。
(5)共重合体の数平均分子量が4,000〜800,000である、上記(1)〜(4)のいずれかに記載の光活性化型ラマン分光分析用プローブ。
(6)共重合体が末端に金属粒子表面修飾ユニットをさらに含む、上記(1)〜(5)のいずれかに記載の光活性化型ラマン分光分析用プローブ。
(7)金属粒子表面修飾ユニットが式(c):
で表される、上記(6)に記載の光活性化型ラマン分光分析用プローブ。
(8)共重合体が末端に標的結合ユニットをさらに含む、上記(1)〜(7)のいずれかに記載の光活性化型ラマン分光分析用プローブ。
(9)標的結合ユニットが式(d):
水素原子、
シアノ、カルボキシル基、N−ヒドロキシコハク酸イミドエステル基、パラニトロフェニルエステル基、アミノ基、−CH2NH2、チオール基、−N−C(=NH2 +Cl−)CH2CH2CH2SH、マレイミド基、ヨードアセトアミド基、アジド基、アルキン基、ジベンゾシクロオクチン基、ケトン基、アルデヒド基、ヒドラジン基、ヒドロキシアミン基、ジアジリン基、ベンゾフェノン基、ビオチン基、イミノビオチン基、ハロゲン化アルキル基、シトシニルメチルフェニル基およびグアニルメチルフェニル基からなる群(以下「官能基群A」という)から選択される官能基、
C1−6アルキル基(このアルキル基は同一または異なっていてもよく前記官能基群Aから選択される1種または2種以上の官能基により置換されていてもよい)、または
−Q1−Q2−C1−6アルキル(Q1は結合またはC1−6アルキレンであり、Q2は−NHCO−または−CONH−であり、C1−6アルキル基は、同一または異なっていてもよく前記官能基群Aから選択される1種または2種以上の官能基により置換されていてもよい)を表し、
R31、R32およびR33の少なくとも一つが前記官能基群Aから選択される官能基または官能基群Aから選択される官能基により置換されたC1−6アルキル基あるいは前記官能基群Aから選択される官能基により置換された基−Q1−Q2−C1−6アルキルを表す。)
で表される、上記(8)に記載の光活性化型ラマン分光分析用プローブ。
(10)共重合体が、上記(2)に記載の式(a)の光活性化型ラマン標識ユニットと、上記(3)に記載の式(b)の親水性ユニットとを繰り返し単位として少なくとも含んでなるものである、上記(1)に記載の光活性化型ラマン分光分析用プローブ。
(11)共重合体が、下記式(Ia):
で表される共重合体である、上記(1)または(10)に記載の光活性化型ラマン分光分析用プローブ。
(12)共重合体が、その一方の末端に上記(7)に記載の式(c)の金属粒子表面修飾ユニットを有し、もう一方の末端に上記(9)に記載の式(d)の標的結合ユニットを有するものである、上記(10)または(11)に記載の光活性化型ラマン分光分析用プローブ。
(13)共重合体が、下記式(I):
で表される共重合体である、上記(1)または(12)に記載の光活性化型ラマン分光分析用プローブ。
(14)(a)上記(1)〜(13)のいずれか一項に記載の光活性化型ラマン分光分析用プローブを試料と接触させる工程と、
(b)前記試料に光照射し、試料からの光活性化ラマンスペクトルを検出する工程を含んでなる、試料をイメージングする方法。
(15)試料が細胞を含有し、細胞内および/または細胞外の分析対象の存在をイメージングする、上記(14)に記載の方法。
(16)試料が細胞を含有し、細胞および/または細胞小器官をイメージングする、上記(14)または(15)に記載の方法。
(17)工程(a)の前に、(c)細胞内移行物質および/または分析対象と相互作用する物質を光活性化型ラマン分光分析用プローブに連結する工程をさらに含んでなる、上記(14)〜(16)のいずれかに記載の方法。
(18)光照射およびラマンスペクトルの検出をレーザーラマン顕微鏡を用いて行う、上記(14)〜(17)のいずれかに記載の方法。
According to the present invention, the following inventions are provided.
(1) Photo-activated Raman spectroscopic analysis comprising a complex of a copolymer comprising at least a photo-activated Raman labeling unit and a hydrophilic unit as repeating units and metal particles having surface-enhanced Raman scattering activity Probe.
(2) The photoactivated Raman labeling unit is represented by the formula (a):
R 1 represents a hydrogen atom or C 1-4 alkyl;
R 2 represents formula (i):
Represents)
The probe for photoactivated Raman spectroscopic analysis according to (1) above, represented by:
(3) The hydrophilic unit is represented by the formula (b):
R 3 represents a hydrogen atom or C 1-4 alkyl;
R 4 represents a hydrogen atom, a hydroxyl group or a C 1-6 alkyl group (this alkyl group may be substituted with one or two or more hydroxyl groups, a carboxyl group and / or an amino group).
The probe for photoactivation Raman spectroscopic analysis according to (1) or (2), which is represented by:
(4) The probe for photoactivation type Raman spectroscopic analysis according to any one of (1) to (3), wherein the copolymer is an acrylic copolymer or a methacrylic copolymer.
(5) The probe for photoactivation Raman spectroscopic analysis according to any one of (1) to (4), wherein the copolymer has a number average molecular weight of 4,000 to 800,000.
(6) The probe for photoactivatable Raman spectroscopic analysis according to any one of (1) to (5), wherein the copolymer further comprises a metal particle surface modification unit at the terminal.
(7) The metal particle surface modification unit is represented by the formula (c):
The probe for photoactivation type Raman spectroscopic analysis according to (6) above, represented by:
(8) The probe for photoactivated Raman spectroscopic analysis according to any one of (1) to (7), wherein the copolymer further comprises a target binding unit at the terminal.
(9) The target binding unit is of formula (d):
Cyano, carboxyl group, N-hydroxysuccinimide ester group, paranitrophenyl ester group, amino group, —CH 2 NH 2 , thiol group, —N—C (═NH 2 + Cl − ) CH 2 CH 2 CH 2 SH, maleimide group, iodoacetamide group, azide group, alkyne group, dibenzocyclooctyne group, ketone group, aldehyde group, hydrazine group, hydroxyamine group, diazirine group, benzophenone group, biotin group, iminobiotin group, halogenated alkyl group , A functional group selected from the group consisting of a cytosynylmethylphenyl group and a guanylmethylphenyl group (hereinafter referred to as “functional group group A”),
A C 1-6 alkyl group (the alkyl groups may be the same or different and may be substituted with one or more functional groups selected from the functional group A), or -Q1-Q2 -C 1-6 alkyl (Q1 is a bond or C 1-6 alkylene, Q2 is -NHCO- or -CONH-, and the C 1-6 alkyl groups may be the same or different, and Which may be substituted by one or more functional groups selected from A),
At least one of R 31 , R 32 and R 33 is a functional group selected from the functional group A or a C 1-6 alkyl group substituted by a functional group selected from the functional group A or the functional group A It represents the radicals -Q1-Q2-C 1-6 alkyl substituted by a functional group selected from. )
The probe for photoactivation Raman spectroscopic analysis as described in said (8) represented by these.
(10) The copolymer comprises at least a photoactivated Raman labeling unit of the formula (a) described in (2) above and a hydrophilic unit of the formula (b) described in (3) above as repeating units. The probe for photoactivatable Raman spectroscopic analysis according to (1) above, comprising:
(11) The copolymer has the following formula (Ia):
The probe for photoactivated Raman spectroscopic analysis according to (1) or (10) above, which is a copolymer represented by the formula:
(12) The copolymer has a metal particle surface modification unit of the formula (c) described in the above (7) at one end thereof, and the formula (d) described in the above (9) at the other end. The probe for photoactivated Raman spectroscopic analysis according to the above (10) or (11), which has a target binding unit.
(13) The copolymer has the following formula (I):
The probe for photoactivated Raman spectroscopic analysis according to (1) or (12) above, which is a copolymer represented by the formula:
(14) (a) contacting the sample with the probe for photoactivated Raman spectroscopy according to any one of (1) to (13) above;
(B) A method for imaging a sample, comprising the steps of irradiating the sample with light and detecting a photoactivated Raman spectrum from the sample.
(15) The method according to (14) above, wherein the sample contains cells and images the presence of intracellular and / or extracellular analytes.
(16) The method according to (14) or (15) above, wherein the sample contains cells and images cells and / or organelles.
(17) Before the step (a), the method further comprises (c) a step of linking a substance that interacts with an intracellular migration substance and / or an analyte to a probe for photo-activated Raman spectroscopic analysis ( The method according to any one of 14) to (16).
(18) The method according to any one of the above (14) to (17), wherein light irradiation and detection of a Raman spectrum are performed using a laser Raman microscope.
本発明のラマン分光分析用プローブは、光照射に応答して生体や細胞内外での分子や、細胞、細胞小器官、組織など生体試料のイメージングに適した強いラマンシグナルを発することができる。従って、本発明のラマン分光分析用プローブによれば、所望のタイミングで所望の場所に存在する標的をイメージングすることができ、ひいては標的の経時的・空間的な挙動を追跡することができる点で有利である。 The probe for Raman spectroscopic analysis of the present invention can emit a strong Raman signal suitable for imaging a biological sample such as a living body, a molecule inside or outside a cell, a cell, an organelle, or a tissue in response to light irradiation. Therefore, according to the probe for Raman spectroscopic analysis of the present invention, it is possible to image a target existing at a desired location at a desired timing, and to track the temporal and spatial behavior of the target. It is advantageous.
定義
本明細書において「C1−6アルキル基」は、炭素数1〜6のアルキル基を表し、好ましくは炭素数1〜4のアルキル基、すなわち、C1−4アルキル基である。基または基の一部としての「アルキル基」は、直鎖、分岐鎖または環状の炭素数1〜6のアルキル基を意味する。「C1−6アルキル基」の例としては、メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、s−ブチル、t−ブチル、n−ペンチル、ネオペンチル、i−ペンチル、t−ペンチル、n−ヘキシル、i−ヘキシル、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル等が挙げられる。
Definitions In the present specification, the “C 1-6 alkyl group” represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, that is, a C 1-4 alkyl group. An “alkyl group” as a group or part of a group means a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. Examples of “C 1-6 alkyl group” include methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, i-butyl, s-butyl, t-butyl, n-pentyl, neopentyl, i-pentyl. , T-pentyl, n-hexyl, i-hexyl, cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl and the like.
本明細書において「C1−6アルコキシ基」とは、炭素数1〜6のアルコキシ基を表し、好ましくは炭素数1〜4のアルコキシ基、すなわち、C1−4アルコキシ基である。基または基の一部としての「アルコキシ基」は、アルキル部分が直鎖、分岐鎖または環状の炭素数1〜6のアルコキシ基を意味する。「C1−6アルコキシ基」の例としては、メトキシ、エトキシ、n−プロポキシ、i−プロポキシ、n−ブトキシ、i−ブトキシ、s−ブトキシ、t−ブトキシ等が挙げられる。 In the present specification, the “C 1-6 alkoxy group” represents an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, preferably an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, that is, a C 1-4 alkoxy group. The “alkoxy group” as a group or a part of the group means a C 1-6 alkoxy group in which the alkyl portion is linear, branched or cyclic. Examples of “C 1-6 alkoxy group” include methoxy, ethoxy, n-propoxy, i-propoxy, n-butoxy, i-butoxy, s-butoxy, t-butoxy and the like.
本明細書において「不飽和の炭素環」および「不飽和の複素環」とは、二重結合等の不飽和結合を1以上有する炭素環および複素環を意味する。 In the present specification, “unsaturated carbocycle” and “unsaturated heterocycle” mean a carbocycle and a heterocycle having one or more unsaturated bonds such as a double bond.
本明細書において「5〜7員の単環炭素環」は、環員原子が5〜7個の単環性炭化水素を意味する。5〜7員の単環炭素環式基の例としては、フェニル、シクロペンチル、シクロヘキシルおよびシクロヘプチルが挙げられる。 In the present specification, the “5- to 7-membered monocyclic carbocycle” means a monocyclic hydrocarbon having 5 to 7 ring members. Examples of 5-7 membered monocyclic carbocyclic groups include phenyl, cyclopentyl, cyclohexyl and cycloheptyl.
本明細書において「9〜11員の二環炭素環」は、環員原子が9〜11個の二環性炭化水素を意味する。9〜11員の二環炭素環式基の例としてはナフチルが挙げられる。 As used herein, “9 to 11-membered bicyclic carbocycle” means a bicyclic hydrocarbon having 9 to 11 ring members. An example of a 9-11 membered bicyclic carbocyclic group is naphthyl.
本明細書において「5〜7員の単環複素環」は、環員原子が5〜7個の単環性複素環を意味し、1〜3個、好ましくは1または2個のヘテロ原子を環員原子として含み、残りの環員原子が炭素原子である単環性複素環であることができる。ここで「ヘテロ原子」は、酸素原子、窒素原子および硫黄原子から選択され、複素環が複数のヘテロ原子を含有する場合には該へテロ原子は同一であっても異なっていてもよい。5〜7員の複素環基の例としては、ピリジル、フリル、チエニル、ピロリル、ピラニル、ピリダジニル、ピリミジニル、ピロリジニル、ピぺリジニル、ピぺラジニル、モルホリニル、モルホリノ、イソオキサゾリル、オキサゾリル、チアゾリル、イミダゾイル、イソチアゾリルおよびピラジルが挙げられる。 In the present specification, the “5- to 7-membered monocyclic heterocycle” means a monocyclic heterocycle having 5 to 7 ring members, and includes 1 to 3, preferably 1 or 2 heteroatoms. It can be a monocyclic heterocycle containing as ring member atoms and the remaining ring member atoms being carbon atoms. Here, the “heteroatom” is selected from an oxygen atom, a nitrogen atom and a sulfur atom, and when the heterocycle contains a plurality of heteroatoms, the heteroatoms may be the same or different. Examples of 5- to 7-membered heterocyclic groups include pyridyl, furyl, thienyl, pyrrolyl, pyranyl, pyridazinyl, pyrimidinyl, pyrrolidinyl, piperidinyl, piperazinyl, morpholinyl, morpholino, isoxazolyl, oxazolyl, thiazolyl, imidazolyl, isothiazolyl And pyrazyl.
本明細書において「9〜11員の二環複素環」は、環員原子が9〜11個の二環性複素環を意味し、1〜4個、好ましくは1または2個のヘテロ原子を環員原子として含み、残りの環員原子が炭素原子である二環性複素環であることができる。9〜11員の二環複素環基の例としては、ナフチリジニル、シンノリニル、キナゾリニル、キノキサリニルおよびフタラジニルが挙げられる。 As used herein, “9 to 11-membered bicyclic heterocycle” means a bicyclic heterocycle having 9 to 11 ring atoms, and includes 1 to 4, preferably 1 or 2 heteroatoms. It can be a bicyclic heterocycle containing as ring member atoms and the remaining ring member atoms being carbon atoms. Examples of 9-11 membered bicyclic heterocyclic groups include naphthyridinyl, cinnolinyl, quinazolinyl, quinoxalinyl and phthalazinyl.
本明細書において「置換されていてもよいアルキル基」とは、アルキル基上の1またはそれ以上の水素原子が1またはそれ以上の置換基(同一または異なっていてもよい)により置換されたアルキル基および非置換アルキル基を意味する。置換基の最大数はアルキル上の置換可能な水素原子の数に依存して決定できることは当業者に明らかであろう。 As used herein, “optionally substituted alkyl group” refers to an alkyl group in which one or more hydrogen atoms on the alkyl group are substituted by one or more substituents (which may be the same or different). Group and unsubstituted alkyl group. It will be apparent to those skilled in the art that the maximum number of substituents can be determined depending on the number of substitutable hydrogen atoms on the alkyl.
本明細書において「ハロゲン原子」とは、フッ素原子、塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子である。 In the present specification, the “halogen atom” is a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom or an iodine atom.
本明細書において「光活性化型ラマン分光分析用プローブ」とは、光照射に応答してラマン分光分析に適したシグナル発することができるプローブを意味する。具体的な構成については以下で説明する。 In the present specification, the “photoactivated Raman spectroscopic probe” means a probe capable of emitting a signal suitable for Raman spectroscopic analysis in response to light irradiation. A specific configuration will be described below.
光活性化型ラマン分光分析用プローブ
本発明の光活性化型ラマン分光分析用プローブ(以下、「本発明のプローブ」ということがある。)は、光活性化型ラマン標識ユニットと親水性ユニットとを少なくとも含んでなる共重合体と、表面増強ラマン散乱活性を有する金属粒子との複合体からなる。
Probe for Photo-Activated Raman Spectroscopy The probe for photo-activated Raman spectroscopy of the present invention (hereinafter sometimes referred to as “probe of the present invention”) includes a photo-activated Raman label unit, a hydrophilic unit, And a composite of a metal particle having surface enhanced Raman scattering activity.
本発明のプローブを構成する共重合体はアクリル系共重合体またはメタクリル系共重合体であることができる。本発明のプローブを構成する共重合体がアクリル系共重合体である場合には、該共重合体を構成する繰り返し単位は、アクリル酸、アクリル酸エステル、アクリル酸アミドなどのモノマー由来の繰り返し単位であることができる。本発明のプローブを構成する共重合体がメタクリル系共重合体である場合には、該共重合体を構成する繰り返し単位は、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、メタクリル酸アミドなどのモノマー由来の繰り返し単位であることができる。これらの繰り返し単位は後述のように前記基−R2の光活性化型ラマン標識部位や前記基−R4の親水性基を有することができる。 The copolymer constituting the probe of the present invention can be an acrylic copolymer or a methacrylic copolymer. When the copolymer constituting the probe of the present invention is an acrylic copolymer, the repeating unit constituting the copolymer is a repeating unit derived from a monomer such as acrylic acid, acrylic ester, and acrylic amide. Can be. When the copolymer constituting the probe of the present invention is a methacrylic copolymer, the repeating unit constituting the copolymer is a repeating unit derived from a monomer such as methacrylic acid, methacrylic acid ester or methacrylic acid amide. Can be. These repeating units can have a photo-activated Raman labeling moiety of the group -R 2 or a hydrophilic group of the group -R 4 as described later.
本発明のプローブを構成する共重合体の重量平均分子量は、5,000〜900,000とすることができるが、好ましくは5,000〜200,000である。本明細書において「重量平均分子量」は、公知のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法によるポリスチレン換算により得ることができる。 The weight average molecular weight of the copolymer constituting the probe of the present invention can be 5,000 to 900,000, preferably 5,000 to 200,000. In the present specification, the “weight average molecular weight” can be obtained by polystyrene conversion by a known gel permeation chromatography (GPC) method.
本発明のプローブを構成する共重合体の数平均分子量は、4,000〜800,000とすることができるが、好ましくは4,000〜200,000である。本明細書において「数平均分子量」は、公知のGPC法によるポリスチレン換算により得ることができる。 The number average molecular weight of the copolymer constituting the probe of the present invention can be 4,000 to 800,000, preferably 4,000 to 200,000. In the present specification, the “number average molecular weight” can be obtained by polystyrene conversion by a known GPC method.
本発明のプローブを構成する共重合体は光活性化型ラマン標識ユニットと親水性ユニットとを少なくとも含んでなるものである。共重合体中の光活性化型ラマン標識ユニットおよび親水性ユニットは、同一であっても異なっていてもよい。 The copolymer constituting the probe of the present invention comprises at least a photoactivatable Raman label unit and a hydrophilic unit. The photoactivatable Raman label unit and the hydrophilic unit in the copolymer may be the same or different.
光活性化型ラマン標識ユニットと親水性ユニットとのモル比は生体から得られた試料においてラマン分光分析を行うことができれば特に限定されないが、例えば、1:0.1〜1:100とすることができ、好ましくは、1:1〜1:100であり、より好ましくは1:1〜1:20である。 The molar ratio of the photoactivatable Raman labeling unit to the hydrophilic unit is not particularly limited as long as Raman spectroscopic analysis can be performed on a sample obtained from a living body. For example, the molar ratio is set to 1: 0.1 to 1: 100. Preferably, it is 1: 1-1: 100, More preferably, it is 1: 1-1: 20.
本発明のプローブを構成する共重合体において、各ユニットの配列順序は特に限定されず、ランダムに配列されても(ランダム共重合体)、交互に配列されても(交互共重合体)、各々がブロック状に配列されても(ブロック共重合体)よい。本発明のプローブを構成する共重合体は、好ましくはランダム共重合体である。 In the copolymer constituting the probe of the present invention, the arrangement order of each unit is not particularly limited, and may be randomly arranged (random copolymer) or alternately arranged (alternate copolymer). May be arranged in a block form (block copolymer). The copolymer constituting the probe of the present invention is preferably a random copolymer.
光活性化型ラマン標識ユニットは光照射に応答してラマン分光分析に適したシグナル発することができるユニットである。光活性化型ラマン標識ユニットは、共重合体を構成する繰り返し単位であって、前記式(i)の光活性化型ラマン標識部位を有する繰り返し単位であることができ、好ましくは前記式(a)で表される繰り返し単位である。 The photo-activated Raman labeling unit is a unit capable of emitting a signal suitable for Raman spectroscopic analysis in response to light irradiation. The photoactivatable Raman labeling unit is a repeating unit constituting the copolymer, and may be a repeating unit having the photoactivatable Raman labeling moiety of the formula (i), preferably the formula (a ).
式(a)中、R1は、好ましくは水素原子またはメチル基である。 In formula (a), R 1 is preferably a hydrogen atom or a methyl group.
式(a)中のR2は式(i)を表す。式(i)中のR11〜R14およびR17〜R20は、好ましくは、同一または異なっていてもよく、水素原子、C1−4アルキル基、C1−4アルコキシ基、アミノ基、ニトロ基、アゾ基、メルカプト基、カルボキシル基、フェニル基または不飽和の5〜7員の複素環式基を表し、R15およびR16は一緒になって炭素数2のアルキレン基を表し、但し、R11〜R14およびR17〜R20並びにR15およびR16が一緒になって表す炭素数2のアルキレン基上の水素原子のいずれか一つが式(a)との結合を表し、より好ましくは、R11〜R14から選択される一つとR17〜R20から選択される一つが同一または異なっていてもよくC1−4アルコキシ基(特に好ましくはメトキシ)を表し、残りが水素原子を表し、R15およびR16が一緒になって炭素数2のアルキレン基を表し、但し、R11〜R14およびR17〜R20並びにR15およびR16が一緒になって表す炭素数2のアルキレン基上の水素原子のいずれか一つが式(a)との結合を表す。上記の場合、好ましくは、炭素数2のアルキレン基上の1つの水素原子が式(a)の基との結合を表す。 R 2 in the formula (a) represents the formula (i). R 11 to R 14 and R 17 to R 20 in formula (i) may preferably be the same or different, and are a hydrogen atom, a C 1-4 alkyl group, a C 1-4 alkoxy group, an amino group, Represents a nitro group, an azo group, a mercapto group, a carboxyl group, a phenyl group or an unsaturated 5- to 7-membered heterocyclic group, and R 15 and R 16 together represent an alkylene group having 2 carbon atoms, provided that Any one of hydrogen atoms on the alkylene group having 2 carbon atoms represented by R 11 to R 14 and R 17 to R 20 and R 15 and R 16 together represents a bond with the formula (a), Preferably, one selected from R 11 to R 14 and one selected from R 17 to R 20 may be the same or different and each represents a C 1-4 alkoxy group (particularly preferably methoxy), with the remaining being hydrogen original Represents a child, and R 15 and R 16 together represent an alkylene group having 2 carbon atoms, provided that R 11 to R 14 and R 17 to R 20 and R 15 and R 16 represent together Any one of the hydrogen atoms on the alkylene group of 2 represents a bond with the formula (a). In the above case, preferably one hydrogen atom on the alkylene group having 2 carbon atoms represents a bond with the group of the formula (a).
式(i)中のR11〜R20はまた、好ましくは、同一または異なっていてもよく、水素原子、C1−4アルキル基、C1−4アルコキシ基、アミノ基、ニトロ基、アゾ基、メルカプト基、カルボキシル基、フェニル基または不飽和の5〜7員の複素環式基を表し、但し、R11〜R20のいずれか一つが式(a)との結合を表し、より好ましくは、R11〜R15から選択される一つとR16〜R20から選択される一つが同一または異なっていてもよくC1−4アルコキシ基(特に好ましくはメトキシ)を表し、残りが水素原子を表し、R11〜R20のいずれか一つが式(a)との結合を表す。 R 11 to R 20 in formula (i) may also be the same or different, and may be a hydrogen atom, a C 1-4 alkyl group, a C 1-4 alkoxy group, an amino group, a nitro group, or an azo group. , A mercapto group, a carboxyl group, a phenyl group or an unsaturated 5- to 7-membered heterocyclic group, provided that any one of R 11 to R 20 represents a bond with the formula (a), more preferably , One selected from R 11 to R 15 and one selected from R 16 to R 20 may be the same or different and each represents a C 1-4 alkoxy group (particularly preferably methoxy), and the remaining represents a hydrogen atom. Any one of R 11 to R 20 represents a bond with formula (a).
式(a)中のR2は好ましくは下記式(ii)を表す。
上記式(ii)のR11〜R14およびR17〜R20は、好ましくは、同一または異なっていてもよく、水素原子、C1−4アルキル基、C1−4アルコキシ基、アミノ基、ニトロ基、アゾ基、メルカプト基、カルボキシル基、フェニル基または不飽和の5〜7員の複素環式基を表し、R101およびR102は水素原子を表し、但し、R11〜R14、R17〜R20、R101およびR102のいずれか一つが式(a)との結合を表し、より好ましくは、R11〜R14から選択される一つとR17〜R20から選択される一つが同一または異なっていてもよくC1−4アルコキシ基(特に好ましくはメトキシ)を表し、残りが水素原子を表し、R101およびR102は水素原子を表し、但し、R11〜R14、R17〜R20、R101およびR102のいずれか一つが式(a)との結合を表す。上記式(ii)においては、好ましくは、R101およびR102のいずれか一つが式(a)との結合を表し、他方が水素原子を表す。 R 11 to R 14 and R 17 to R 20 in the above formula (ii) are preferably the same or different and may be a hydrogen atom, a C 1-4 alkyl group, a C 1-4 alkoxy group, an amino group, Represents a nitro group, an azo group, a mercapto group, a carboxyl group, a phenyl group or an unsaturated 5- to 7-membered heterocyclic group, wherein R 101 and R 102 represent a hydrogen atom, provided that R 11 to R 14 , R Any one of 17 to R 20 , R 101 and R 102 represents a bond with formula (a), and more preferably one selected from R 11 to R 14 and one selected from R 17 to R 20. One is (particularly preferably methoxy) well C 1-4 alkoxy group optionally the same or different represents the remainder represents a hydrogen atom, R 101 and R 102 represents a hydrogen atom, provided that, R 11 to R 1 , One of R 17 ~R 20, R 101 and R 102 represent a bond with the formula (a). In the above formula (ii), preferably, any one of R 101 and R 102 represents a bond with the formula (a), and the other represents a hydrogen atom.
式(i)および式(ii)中のR11〜R20の隣り合う二つの基はそれらが結合している炭素原子と一緒になって5〜7員の飽和または不飽和の単環炭素環または単環複素環あるいは9〜11員の飽和または不飽和の二環炭素環または二環複素環を形成していてもよい。ここで、「隣り合う二つの基」とは、式(i)ではR11とR12、R12とR13、R13とR14、R14とR15、R16とR17、R17とR18、R18とR19およびR19とR20を意味する。また、式(ii)ではR11とR12、R12とR13、R13とR14、R17とR18、R18とR19およびR19とR20を意味する。式(i)において隣り合う二つの基が炭素環または複素環を形成する場合、好ましくは、R11〜R15から選択される一組の隣り合う二つの基と、R16〜R20から選択される一組の隣り合う二つの基のいずれか一方の組または両方の組が炭素環または複素環を形成することができる。炭素環または複素環を形成しないR11〜R20は好ましくは同一または異なっていてもよく水素原子またはC1−4アルコキシ基(特に好ましくはメトキシ)を表し、より好ましくは水素原子を表す。式(ii)において隣り合う二つの基が炭素環または複素環を形成する場合、好ましくは、R11〜R14から選択される一組の隣り合う二つの基と、R17〜R20から選択される一組の隣り合う二つの基のいずれか一方の組または両方の組が炭素環または複素環を形成することができる。炭素環または複素環を形成しないR11〜R14およびR17〜R20は好ましくは同一または異なっていてもよく水素原子またはC1−4アルコキシ基(特に好ましくはメトキシ)を表し、より好ましくは水素原子を表す。 Two adjacent groups of R 11 to R 20 in formula (i) and formula (ii) are taken together with the carbon atom to which they are attached to form a 5- to 7-membered saturated or unsaturated monocyclic carbocycle Alternatively, it may form a monocyclic heterocyclic ring or a 9-11 membered saturated or unsaturated bicyclic carbocyclic ring or bicyclic heterocyclic ring. Here, the “two adjacent groups” are R 11 and R 12 , R 12 and R 13 , R 13 and R 14 , R 14 and R 15 , R 16 and R 17 , R 17 in the formula (i). And R 18 , R 18 and R 19, and R 19 and R 20 are meant. In the formula (ii), R 11 and R 12 , R 12 and R 13 , R 13 and R 14 , R 17 and R 18 , R 18 and R 19, and R 19 and R 20 are meant. When two adjacent groups in the formula (i) form a carbocyclic or heterocyclic ring, it is preferably selected from a pair of two adjacent groups selected from R 11 to R 15 and R 16 to R 20 Any one or both of a set of two adjacent groups can form a carbocyclic or heterocyclic ring. R 11 to R 20 that do not form a carbocycle or a heterocycle may preferably be the same or different and each represents a hydrogen atom or a C 1-4 alkoxy group (particularly preferably methoxy), more preferably a hydrogen atom. When two adjacent groups in the formula (ii) form a carbocyclic or heterocyclic ring, it is preferably selected from a pair of two adjacent groups selected from R 11 to R 14 and R 17 to R 20 Any one or both of a set of two adjacent groups can form a carbocyclic or heterocyclic ring. R 11 to R 14 and R 17 to R 20 that do not form a carbocyclic or heterocyclic ring may preferably be the same or different and each represents a hydrogen atom or a C 1-4 alkoxy group (particularly preferably methoxy), more preferably Represents a hydrogen atom.
隣り合う二つの基により形成される炭素環および複素環としては、ベンゼン環、ピリジン環、ピリミジン環、フラン環、チオフェン環、ピロール環、ピラン環、ピリダジン環、ピロリジン環、ピぺリジン環、ピぺラジン環、モルホリン環、イソオキサゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、イミダゾール環、イソチアゾール環およびピラジン環が挙げられる。 The carbocycle and heterocycle formed by two adjacent groups include benzene, pyridine, pyrimidine, furan, thiophene, pyrrole, pyran, pyridazine, pyrrolidine, piperidine, and pyridine. Examples include a perazine ring, a morpholine ring, an isoxazole ring, an oxazole ring, a thiazole ring, an imidazole ring, an isothiazole ring, and a pyrazine ring.
光活性化型ラマン標識ユニットの好ましい態様としては、R1が水素原子またはメチル基を表し、かつ、R2が式(i)(ここで、R11〜R15から選択される一つの基とR16〜R20から選択される一つの基がメトキシを表し、残りが水素原子を表し、但し、R11〜R20のいずれか一つが式(a)との結合を表す)を表す、式(a)の繰り返し単位が挙げられる。 In a preferred embodiment of the photoactivatable Raman labeling unit, R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, and R 2 represents a group selected from formula (i) (wherein R 11 to R 15 are selected from one group) A group in which one group selected from R 16 to R 20 represents methoxy, and the remainder represents a hydrogen atom, provided that any one of R 11 to R 20 represents a bond with formula (a)) The repeating unit of (a) is mentioned.
光活性化型ラマン標識ユニットの好ましい態様としては、R1が水素原子またはメチル基を表し、かつ、R2が式(ii)(ここで、R11〜R14から選択される一つの基とR17〜R20から選択される一つの基がメトキシを表し、残りが水素原子を表し、R101およびR102のいずれか一つが式(a)との結合を表し、他方が水素原子を表す)を表す、式(a)の繰り返し単位が挙げられる。 In a preferred embodiment of the photoactivatable Raman labeling unit, R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, and R 2 represents a group selected from formula (ii) (wherein R 11 to R 14 are selected from one group) One group selected from R 17 to R 20 represents methoxy, the rest represents a hydrogen atom, one of R 101 and R 102 represents a bond with formula (a), and the other represents a hydrogen atom. And a repeating unit of the formula (a).
光活性化型ラマン標識ユニットの好ましい態様としてはまた、R1が水素原子またはメチル基を表し、かつ、R2が式(i)(ここで、R11〜R15から選択される一組の隣り合う二つの基と、R16〜R20から選択される一組の隣り合う二つの基のいずれか一方の組または両方の組がそれらが結合している炭素原子と一緒になって5〜7員の飽和または不飽和の単環炭素環または単環複素環あるいは9〜11員の飽和または不飽和の二環炭素環または二環複素環を形成し、残りが水素原子を表し、但し、R11〜R20のいずれか一つが式(a)との結合を表す)を表す、式(a)の繰り返し単位が挙げられる。 In a preferred embodiment of the photo-activated Raman labeling unit, R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, and R 2 is a group selected from the formula (i) (wherein R 11 to R 15 are selected). Two adjacent groups and one or both of a pair of adjacent two groups selected from R 16 to R 20 together with the carbon atom to which they are bonded together Forming a 7-membered saturated or unsaturated monocyclic carbocycle or monocyclic heterocycle or a 9-11 membered saturated or unsaturated bicyclic carbocycle or bicyclic heterocycle, the remainder representing a hydrogen atom, provided that Examples thereof include a repeating unit of the formula (a) in which any one of R 11 to R 20 represents a bond with the formula (a).
光活性化型ラマン標識ユニットの好ましい態様としてはまた、R1が水素原子またはメチル基を表し、かつ、R2が式(ii)(ここで、R11〜R14から選択される一組の隣り合う二つの基と、R17〜R20から選択される一組の隣り合う二つの基のいずれか一方の組または両方の組がそれらが結合している炭素原子と一緒になって5〜7員の飽和または不飽和の単環炭素環または単環複素環あるいは9〜11員の飽和または不飽和の二環炭素環または二環複素環を形成し、残りが水素原子を表し、R101およびR102のいずれか一つが式(a)との結合を表し、他方が水素原子を表す)を表す、式(a)の繰り返し単位が挙げられる。 In a preferred embodiment of the photoactivatable Raman labeling unit, R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, and R 2 is a group selected from the formula (ii) (wherein R 11 to R 14 are selected). Two adjacent groups and one or both of a set of two adjacent groups selected from R 17 to R 20 together with the carbon atom to which they are bonded together to form a 7-membered saturated or bicyclic carbocyclic or bicyclic heterocyclic ring, saturated or unsaturated monocyclic carbocyclic or monocyclic heterocyclic ring or 9-11 membered unsaturated, the remaining represents a hydrogen atom, R 101 And any one of R 102 represents a bond with the formula (a), and the other represents a hydrogen atom).
親水性ユニットは共重合体に親水性を付与することができるユニットである。親水性ユニットは、共重合体の繰り返し単位であって、前記基−R4(親水性基)を有する繰り返し単位であることができ、好ましくは前記式(b)で表される繰り返し単位である。 The hydrophilic unit is a unit that can impart hydrophilicity to the copolymer. The hydrophilic unit is a repeating unit of the copolymer, and may be a repeating unit having the group -R 4 (hydrophilic group), and is preferably a repeating unit represented by the formula (b). .
式(b)中、R3は、好ましくは水素原子またはメチル基である。 In formula (b), R 3 is preferably a hydrogen atom or a methyl group.
式(b)中、R4は、好ましくは1個または2個以上の水酸基により置換されたC1−6アルキル基であり、より好ましくは1個または2個以上の水酸基により置換されたC1−4アルキル基であり、より一層好ましくは1個または2個の水酸基により置換されたC1−4アルキル基である。 In formula (b), R 4 is preferably a C 1-6 alkyl group substituted by one or more hydroxyl groups, more preferably C 1 substituted by one or more hydroxyl groups. A -4 alkyl group, even more preferably a C1-4 alkyl group substituted by 1 or 2 hydroxyl groups.
親水性ユニットの好ましい態様としては、R3が水素原子またはメチル基を表し、かつ、R4が1個または2個の水酸基により置換されたC1−4アルキル基を表す、式(b)の繰り返し単位が挙げられる。 As a preferred embodiment of the hydrophilic unit, R 3 represents a hydrogen atom or a methyl group, and R 4 represents a C 1-4 alkyl group substituted by one or two hydroxyl groups. Repeat units are mentioned.
本発明のプローブは共重合体の末端に金属粒子表面修飾ユニットを有することができる。金属粒子表面修飾ユニットは表面増強ラマン散乱活性を有する金属粒子と複合体を形成することができるユニットである。金属粒子との複合体形成の手法は当業界に広く知られており、当業者であれば金属粒子表面修飾ユニットを選択し、導入することができる。 The probe of the present invention can have a metal particle surface modification unit at the end of the copolymer. The metal particle surface modification unit is a unit capable of forming a complex with metal particles having surface enhanced Raman scattering activity. Techniques for forming complexes with metal particles are widely known in the art, and those skilled in the art can select and introduce a metal particle surface modification unit.
金属粒子表面修飾ユニットとしては、例えば、ジチオフェニルエステル基、トリチオアルキルカルボナート基およびチオール基が挙げられる。後述のように本発明の共重合体はRAFT重合により製造することができるが、その場合、ベンゾジチオエートやアルキルトリチオカルボナートをRAFT剤として用いることで末端にジチオフェニルエステル構造を有する共重合体や、トリチオアルキルカルボナート構造を有する共重合体をそれぞれ製造することができる。また、ジチオフェニルエステル基やトリチオアルキルカルボナート基を重合後に還元することによって、チオール構造を有する共重合体を製造することもできる。 Examples of the metal particle surface modification unit include a dithiophenyl ester group, a trithioalkyl carbonate group, and a thiol group. As will be described later, the copolymer of the present invention can be produced by RAFT polymerization. In that case, a copolymer having a dithiophenyl ester structure at the end can be obtained by using benzodithioate or alkyltrithiocarbonate as a RAFT agent. Copolymers and copolymers having a trithioalkyl carbonate structure can be produced. A copolymer having a thiol structure can also be produced by reducing a dithiophenyl ester group or a trithioalkyl carbonate group after polymerization.
また、細胞内プローブなどと複合化させることを意図した表面修飾された金ナノ粒子が市販されており(コスモ・バイオ社など)、このような表面修飾金ナノ粒子と複合化させるために、所定の官能基や結合物質を有する金属粒子表面修飾ユニットを共重合体の末端に導入してもよい。 In addition, surface-modified gold nanoparticles intended to be complexed with intracellular probes and the like are commercially available (Cosmo Bio, etc.), and in order to complex with such surface-modified gold nanoparticles, a predetermined amount is used. A metal particle surface modification unit having a functional group or a binding substance may be introduced at the end of the copolymer.
金属粒子表面修飾ユニットは、好ましくは前記式(c)で表される繰り返し単位である。式(c)で表される繰り返し単位のうち好ましいものとしては、
・Zが−C(=S)−を表し、R21がフェニルを表すもの、
・Zが−CH(−SH)−を表し、R21がフェニルを表すもの、
・Zが−C(=S)−を表し、R21が基−S−R22(R22は炭素数10〜14のアルキル基を表す)を表すもの、
・Zが−CH(−SH)−を表し、R21が基−S−R22(R22は炭素数10〜14のアルキル基を表す)を表すもの
が挙げられる。
The metal particle surface modification unit is preferably a repeating unit represented by the formula (c). Among the repeating units represented by the formula (c), preferred are
-Z represents -C (= S)-, R 21 represents phenyl,
-Z represents -CH (-SH)-, R 21 represents phenyl,
-Z represents -C (= S)-, R 21 represents a group -S-R 22 (R 22 represents an alkyl group having 10 to 14 carbon atoms),
· Z is -CH (-SH) - represents, R 21 is a group -S-R 22 (R 22 represents an alkyl group having 10 to 14 carbon atoms) include those representing the.
金属粒子表面修飾ユニットの具体例は以下の通りである。
本発明のプローブは、金属粒子表面修飾ユニットとは別に、共重合体の末端に標的結合ユニットを有することができる。標的結合ユニットは必要に応じて分析対象と相互作用できる部分や細胞等への移行物質を導入できるユニットである。このようなユニットとしては、例えば、分析対象と相互作用できる部位等を共有結合で繋ぎ止めることができる官能基(例えば、カルボキシル基、アミノ基、シアノ基等)を有する構造体が挙げられる。後述のように本発明の共重合体はRAFT重合により製造することができるが、その場合、ベンゾジチオエートやアルキルトリチオカルボナートをRAFT剤として用いる際に該エステル部分に標的結合ユニットを導入しておくことで、末端に標的結合ユニットを有する共重合体を製造することができる。また、重合後に末端に有する官能基に対する化学反応によって、新たに望ましい官能基を導入することができる。このような官能基としては、例えば、カルボキシル基、N−ヒドロキシコハク酸イミドエステル基、パラニトロフェニルエステル基、アミノ基、チオール基、マレイミド基、ヨードアセトアミド基、アジド基、アルキン基、ジベンゾシクロオクチン基、ケトン基、アルデヒド基、ヒドラジン基、ヒドロキシアミン基、ジアジリン基、ベンゾフェノン基、ビオチン基、イミノビオチン基、ハロゲン化アルキル基、シトシニルメチルフェニル基、グアニルメチルフェニル基が挙げられる。 Apart from the metal particle surface modification unit, the probe of the present invention can have a target binding unit at the end of the copolymer. The target binding unit is a unit that can introduce a substance that can interact with an analysis target or a transfer substance to cells or the like as necessary. As such a unit, for example, a structure having a functional group (for example, a carboxyl group, an amino group, a cyano group, etc.) capable of covalently binding a site capable of interacting with an analysis target. As will be described later, the copolymer of the present invention can be produced by RAFT polymerization. In that case, when benzodithioate or alkyltrithiocarbonate is used as the RAFT agent, a target binding unit is introduced into the ester moiety. Thus, a copolymer having a target binding unit at the terminal can be produced. Moreover, a new desired functional group can be introduced by a chemical reaction with respect to the functional group at the terminal after polymerization. Examples of such functional groups include carboxyl groups, N-hydroxysuccinimide ester groups, paranitrophenyl ester groups, amino groups, thiol groups, maleimide groups, iodoacetamide groups, azide groups, alkyne groups, and dibenzocyclooctynes. Group, ketone group, aldehyde group, hydrazine group, hydroxyamine group, diazirine group, benzophenone group, biotin group, iminobiotin group, halogenated alkyl group, cytosynylmethylphenyl group, and guanylmethylphenyl group.
標的結合ユニットは、好ましくは前記式(d)で表される繰り返し単位である。式(d)で表される繰り返し単位のうち好ましいものとしては、
R31、R32およびR33がそれぞれ独立して
水素原子、
シアノ、カルボキシル基、N−ヒドロキシコハク酸イミドエステル基、パラニトロフェニルエステル基、アミノ基、−CH2NH2、チオール基および−N−C(=NH2 +Cl−)CH2CH2CH2SHからなる群(以下「官能基群B」という)から選択される官能基、
C1−4アルキル基(このアルキル基は同一または異なっていてもよく前記官能基群Bから選択される1種または2種以上の官能基により置換されていてもよい)、または
−Q1−Q2−C1−6アルキル(Q1は結合またはC1−4アルキレンであり、Q2は−NHCO−または−CONH−であり、C1−6アルキル基は、同一または異なっていてもよく前記官能基群Aから選択される1種または2種以上の官能基により置換されていてもよい)を表し、
R31、R32およびR33の少なくとも一つが前記官能基群Bから選択される官能基または官能基群Bから選択される官能基により置換されたC1−4アルキル基あるいは前記官能基群Aから選択される官能基により置換された基−Q1−Q2−C1−6アルキルを表す
ものが挙げられる。
The target binding unit is preferably a repeating unit represented by the formula (d). Among the repeating units represented by the formula (d), preferred are
R 31 , R 32 and R 33 are each independently a hydrogen atom,
Cyano, carboxyl group, N-hydroxysuccinimide ester group, paranitrophenyl ester group, amino group, —CH 2 NH 2 , thiol group and —N—C (═NH 2 + Cl − ) CH 2 CH 2 CH 2 A functional group selected from the group consisting of SH (hereinafter referred to as “functional group B”);
C 1-4 alkyl group (this alkyl group may be the same or different and may be substituted with one or more functional groups selected from the functional group B), or -Q1-Q2 -C 1-6 alkyl (Q1 is a bond or C 1-4 alkylene, Q2 is -NHCO- or -CONH-, and the C 1-6 alkyl groups may be the same or different, and Which may be substituted by one or more functional groups selected from A),
At least one of R 31 , R 32 and R 33 is a functional group selected from the functional group B or a C 1-4 alkyl group substituted by a functional group selected from the functional group B or the functional group A It represents the radicals -Q1-Q2-C 1-6 alkyl substituted by a functional group selected from the like.
式(d)で表される繰り返し単位のうちより好ましいものとしては、
R31、R32およびR33がそれぞれ独立して
水素原子、
シアノ、カルボキシル基、−CH2NH2および−N−C(=NH2 +Cl−)CH2CH2CH2SHからなる群(以下「官能基群C」という)から選択される官能基、
C1−4アルキル基(このアルキル基は同一または異なっていてもよく前記官能基群Cから選択される1種または2種以上の官能基により置換されていてもよい)、または
−Q1−Q2−C1−6アルキル(Q1は結合またはC1−4アルキレンであり、Q2は−NHCO−または−CONH−であり、C1−6アルキル基は、同一または異なっていてもよく前記官能基群Aから選択される1種または2種以上の官能基により置換されていてもよい)を表し、
R31、R32およびR33の少なくとも一つが前記官能基群Cから選択される官能基または官能基群Cから選択される官能基により置換されたC1−4アルキル基あるいは前記官能基群Aから選択される官能基により置換された基−Q1−Q2−C1−6アルキルを表す
ものが挙げられる。
Among the repeating units represented by the formula (d), more preferred are:
R 31 , R 32 and R 33 are each independently a hydrogen atom,
A functional group selected from the group consisting of cyano, carboxyl group, —CH 2 NH 2 and —N—C (═NH 2 + Cl − ) CH 2 CH 2 CH 2 SH (hereinafter referred to as “functional group C”);
A C1-4 alkyl group (this alkyl group may be the same or different and may be substituted with one or more functional groups selected from the functional group C), or -Q1-Q2 -C 1-6 alkyl (Q1 is a bond or C 1-4 alkylene, Q2 is -NHCO- or -CONH-, and the C 1-6 alkyl groups may be the same or different, and Which may be substituted by one or more functional groups selected from A),
At least one of R 31 , R 32 and R 33 is a functional group selected from the functional group C, a C 1-4 alkyl group substituted by a functional group selected from the functional group C, or the functional group A It represents the radicals -Q1-Q2-C 1-6 alkyl substituted by a functional group selected from the like.
標的結合ユニットの具体例は以下の通りである。
本発明における共重合体の好ましい態様としては、前記式(a)の繰り返し単位と、式(b)の繰り返し単位とを少なくとも含んでなるものであり、より好ましい態様としては前記式(Ia)で表される共重合体である。式(Ia)の共重合体中、光活性化型ラマン標識ユニットと親水性ユニットは特に限定されず、ランダムに配列されても、交互に配列されても、ブロック状に配列されてもよい。また、式(Ia)中、mおよびnは光活性化型ラマン標識ユニットと親水性ユニットの比(モル比)を表し、mが1のとき、nは1〜1000であり、好ましくは1〜100であり、より好ましくは1〜20である。 A preferred embodiment of the copolymer in the present invention comprises at least the repeating unit of the formula (a) and the repeating unit of the formula (b), and a more preferred embodiment is the formula (Ia). It is a copolymer represented. In the copolymer of the formula (Ia), the photoactivatable Raman label unit and the hydrophilic unit are not particularly limited, and may be arranged randomly, arranged alternately, or arranged in blocks. In the formula (Ia), m and n represent a ratio (molar ratio) between the photoactivated Raman labeling unit and the hydrophilic unit. When m is 1, n is 1 to 1000, preferably 1 to 1. 100, more preferably 1-20.
本発明における共重合体のよりいっそう好ましい態様としては、前記式(a)の繰り返し単位と、式(b)の繰り返し単位とを少なくとも含んでなり、その一方の末端に式(c)の繰り返し単位を有し、場合によって、もう一方の末端に式(d)の繰り返し単位を有する共重合体が挙げられ、特に好ましくは前記式(I)で表される共重合体である。式(I)の共重合体中、光活性化型ラマン標識ユニットと親水性ユニットは特に限定されず、ランダムに配列されても、交互に配列されても、ブロック状に配列されてもよい。また、式(I)中、mおよびnは光活性化型ラマン標識ユニットと親水性ユニットの比(モル比)を表し、mが1のとき、nは1〜1000であり、好ましくは1〜100であり、より好ましくは1〜20である。 As a still more preferable embodiment of the copolymer in the present invention, the copolymer comprises at least the repeating unit of the formula (a) and the repeating unit of the formula (b), and the repeating unit of the formula (c) at one end thereof. In some cases, a copolymer having a repeating unit of the formula (d) at the other end may be mentioned, and a copolymer represented by the formula (I) is particularly preferable. In the copolymer of the formula (I), the photoactivatable Raman label unit and the hydrophilic unit are not particularly limited, and may be arranged randomly, arranged alternately, or arranged in blocks. In the formula (I), m and n represent the ratio (molar ratio) between the photoactivated Raman labeling unit and the hydrophilic unit. When m is 1, n is 1 to 1000, preferably 1 to 1. 100, more preferably 1-20.
式(I)および式(Ia)において、光活性化型ラマン標識ユニットの繰り返し単位数(m’)と、親水性ユニットの繰り返し単位数(n’)は、例えば、m’=1〜100で、かつ、n’=10〜1000とすることができ、好ましくは、m’=5〜20で、かつ、n’=50〜200である。 In the formula (I) and the formula (Ia), the number of repeating units (m ′) of the photoactivated Raman labeling unit and the number of repeating units (n ′) of the hydrophilic unit are, for example, m ′ = 1 to 100. N ′ = 10 to 1000, preferably m ′ = 5 to 20 and n ′ = 50 to 200.
式(I)および式(Ia)で表される共重合体の重量平均分子量は、5,000〜900,000とすることができるが、好ましくは5,000〜200,000である。 The weight average molecular weight of the copolymer represented by the formula (I) and the formula (Ia) can be 5,000 to 900,000, preferably 5,000 to 200,000.
式(I)および式(Ia)で表される共重合体の数平均分子量は、4,000〜800,000とすることができるが、好ましくは4,000〜200,000である。 The number average molecular weight of the copolymer represented by the formula (I) and the formula (Ia) can be 4,000 to 800,000, preferably 4,000 to 200,000.
本発明のプローブは光活性化型ラマン標識ユニットと親水性ユニットとを少なくとも含んでなる共重合体を、表面増強ラマン散乱活性を有する金属粒子との複合化してなるものである。 The probe of the present invention is obtained by complexing a copolymer comprising at least a photoactivatable Raman label unit and a hydrophilic unit with metal particles having surface enhanced Raman scattering activity.
本発明において、「表面増強ラマン散乱活性を有する金属粒子」は、表面増強ラマン散乱活性(SERS活性)を有するものであれば特に限定されないが、例えば、金、銀、白金等の金属粒子(好ましくは金属ナノ粒子)が挙げられる。表面増強ラマン散乱活性を有する金属粒子のうちより強いラマンシグナルが得られるものとしては金ナノ粒子および銀ナノ粒子が挙げられ、最も好ましくは金ナノ粒子である。 In the present invention, the “metal particles having surface-enhanced Raman scattering activity” are not particularly limited as long as they have surface-enhanced Raman scattering activity (SERS activity). For example, metal particles such as gold, silver, and platinum (preferably Are metal nanoparticles). Among the metal particles having surface-enhanced Raman scattering activity, those capable of obtaining a stronger Raman signal include gold nanoparticles and silver nanoparticles, and most preferably gold nanoparticles.
本発明のプローブで複合体を形成する金属粒子としては、粒径が5〜900nm程度のものを使用することができ、好ましくは10〜100nm程度のものである。なお、金属粒子の粒径は、透過型電子顕微鏡(TEM)での観察結果から求めることができる。 As a metal particle which forms a composite_body | complex with the probe of this invention, a thing with a particle size of about 5-900 nm can be used, Preferably it is a thing of about 10-100 nm. In addition, the particle size of a metal particle can be calculated | required from the observation result with a transmission electron microscope (TEM).
製造方法
本発明のプローブは共重合体部分を製造し、該共重合体を金属粒子と複合化することで製造することができる。
Production Method The probe of the present invention can be produced by producing a copolymer portion and compositing the copolymer with metal particles.
本発明のプローブを構成する共重合体がアクリル系共重合体である場合には、ビニル結合を有するアクリル酸、アクリル酸エステル、アクリル酸アミドなどのモノマーをラジカル重合反応などにより重合させることにより該共重合体を製造することができる。本発明のプローブを構成する共重合体がメタクリル系共重合体である場合には、ビニル結合を有するメタクリル酸、メタクリル酸エステル、メタクリル酸アミドなどのモノマーをラジカル重合反応などにより重合させることにより該共重合体を製造することができる。 When the copolymer constituting the probe of the present invention is an acrylic copolymer, a monomer such as acrylic acid having a vinyl bond, acrylic acid ester or acrylic acid amide is polymerized by a radical polymerization reaction or the like. Copolymers can be produced. When the copolymer constituting the probe of the present invention is a methacrylic copolymer, the monomer such as methacrylic acid, methacrylic acid ester and methacrylic acid amide having a vinyl bond is polymerized by a radical polymerization reaction or the like. Copolymers can be produced.
光活性化型ラマン標識ユニットと親水性ユニットとを繰り返し単位として少なくとも含んでなる共重合体は、光活性化型ラマン標識部位や親水性基が導入されていない原料モノマーを重合させて重合体を製造し、次いで、光活性化型ラマン標識部位と親水性基を重合体に導入することで製造することができる。この場合、重合体の繰り返し単位中の側鎖が反応性の官能基である場合にはそこに光活性化型ラマン標識部位と親水性基を導入することができる。重合体の繰り返し単位中の側鎖の官能基(例えば、カルボキシル基)が活性エステル構造である場合にはアミンの求核反応によりアミド結合で光活性化型ラマン標識部位と親水性基を導入することができる。金属粒子表面修飾ユニットや標的結合ユニットを重合体の末端に導入する場合には、両ユニットを有するRAFT剤を用いて重合反応を実施することにより行うことができる。 A copolymer comprising at least a photoactivatable Raman labeling unit and a hydrophilic unit as repeating units is obtained by polymerizing a raw material monomer having no photoactivatable Raman labeling moiety or hydrophilic group introduced thereinto. Then, it can be produced by introducing a photo-activated Raman labeling site and a hydrophilic group into the polymer. In this case, when the side chain in the repeating unit of the polymer is a reactive functional group, a photoactivated Raman labeling site and a hydrophilic group can be introduced therein. When the functional group (for example, carboxyl group) of the side chain in the repeating unit of the polymer has an active ester structure, a photo-activated Raman labeling site and a hydrophilic group are introduced by an amide bond by nucleophilic reaction of amine. be able to. When the metal particle surface modification unit or the target binding unit is introduced into the end of the polymer, it can be carried out by carrying out a polymerization reaction using a RAFT agent having both units.
光活性化型ラマン標識ユニットと親水性ユニットとを繰り返し単位として少なくとも含んでなる共重合体は、光活性化型ラマン標識部位があらかじめ導入された原料モノマーと、親水性基があらかじめ導入された原料モノマーとを準備し、これらを重合させて製造することもできる。 A copolymer comprising at least a photoactivatable Raman label unit and a hydrophilic unit as a repeating unit is composed of a raw material monomer in which a photoactivatable Raman label site is introduced in advance and a raw material in which a hydrophilic group is introduced in advance. It can also be produced by preparing monomers and polymerizing them.
本発明のプローブを構成する共重合体は、好ましくはRAFT重合反応により製造できる。具体的には、原料モノマーを重合させて重合体を調製し、次いで光活性化型ラマン標識部位と親水性基を導入することで製造することができる。RAFT重合反応に使用するRAFT剤としてベンゾジチオエートやアルキルトリチオカルボナートをRAFT剤として用いることで末端にジチオフェニルエステル構造やトリチオアルキルカルボナート構造を有する重合体を製造することができる。また、上記の場合、ベンゾジチオエートやアルキルトリチオカルボナートのエステル部分に標的結合ユニットを導入しておくことで、一方の末端に標的結合ユニットを有する重合体を製造することができる。 The copolymer constituting the probe of the present invention can be preferably produced by RAFT polymerization reaction. Specifically, it can be produced by polymerizing raw material monomers to prepare a polymer, and then introducing a photo-activated Raman labeling site and a hydrophilic group. By using benzodithioate or alkyltrithiocarbonate as the RAFT agent as the RAFT agent used in the RAFT polymerization reaction, a polymer having a dithiophenyl ester structure or a trithioalkyl carbonate structure at the terminal can be produced. In the above case, a polymer having a target binding unit at one end can be produced by introducing a target binding unit into the ester portion of benzodithioate or alkyltrithiocarbonate.
RAFT重合反応による重合体骨格の合成は下記スキームに従って実施することができる。反応条件は使用する重合開始剤の種類に応じて適宜設定することができるが、反応開始剤として例えば2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビ(4−メトキシ2,4−ジメチルバレロニトリル)、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)などを用いた場合には、30〜100℃の反応温度で、4〜72時間かけて重合反応を実施することができる。
また、RAFT重合により得られた重合体骨格への光活性化型ラマン標識部位および親水性基の導入は下記スキームに従って実施することができる。すなわち、活性エステルへのアミンの求核反応によりアミド結合で光活性化型ラマン標識部位と親水性基を導入し、式(I)の共重合体を得ることができる。
式(ii’)の光活性化型ラマン標識化合物は実施例1に従って合成することができる。すなわち、実施例1にはR13およびR18がメトキシ基であり、R11、R12、R14、R17、R19、R20およびR101が水素原子である式(ii’)の光活性化型ラマン標識部位の製造方法が記載されているが、上記以外の光活性化型ラマン標識化合物は、目的とする光活性化型ラマン標識部位に対応する置換基や構造を有する原料化合物を準備するなどすることにより合成できることは当業者に自明であろう。 The photoactivatable Raman-labeled compound of formula (ii ′) can be synthesized according to Example 1. That is, in Example 1, R 13 and R 18 are methoxy groups, and R 11 , R 12 , R 14 , R 17 , R 19 , R 20 and R 101 are hydrogen atoms. Although a method for producing an activated Raman labeling site is described, the photoactivatable Raman labeling compound other than the above is prepared by using a raw material compound having a substituent or structure corresponding to the target photoactivated Raman labeling site. It will be obvious to those skilled in the art that they can be synthesized by preparing them.
本発明のプローブは、上記のようにして製造した共重合体部分を表面増強ラマン散乱活性を有する金属粒子と複合化することにより製造することができる。 The probe of the present invention can be produced by compositing the copolymer part produced as described above with metal particles having surface enhanced Raman scattering activity.
複合体の形成は公知の方法に従って行うことができる。例えば、末端に金属粒子表面修飾ユニットを有する共重合体と表面増強ラマン散乱活性を有する金属粒子とを接触させることにより複合体を形成させることができる。また、表面修飾金属粒子を使用する場合には、所定の官能基や結合分子を有する共重合体と反応させるか、あるいは接触させることで複合体を形成させることができる。 The formation of the complex can be performed according to a known method. For example, a complex can be formed by bringing a copolymer having a metal particle surface modification unit at the terminal into contact with metal particles having surface enhanced Raman scattering activity. When surface-modified metal particles are used, a complex can be formed by reacting or contacting with a copolymer having a predetermined functional group or binding molecule.
ラマン分光分析によるイメージング方法
本発明のプローブはラマン分光分析の標識剤として用いることができ、試料をラマンスペクトルによりイメージングすることができる。ここで、「イメージング」とは分析対象を可視化することを意味する。
Imaging Method by Raman Spectroscopic Analysis The probe of the present invention can be used as a labeling agent for Raman spectral analysis, and a sample can be imaged by a Raman spectrum. Here, “imaging” means visualizing an analysis target.
本発明のプローブは光応答性のラマンシグナルを発することができる。特に重合体部分に前記式(i)や式(ii)の光活性化型ラマン標識部位を有する本発明のプローブは、炭素−炭素三重結合がシクロプロペノン骨格で保護されているところ、光照射により炭素−炭素三重結合が生じることとなる。この炭素−炭素三重結合は生体内には本来存在しない分子骨格であることから、プローブは識別性のあるラマンシグナルを発することができる。従って、本発明のプローブを光応答性の標識剤として用いることで、所望のタイミングで所望の場所の分析対象を標識し、その存在をラマンシグナルとして検出することができる。 The probe of the present invention can emit a light-responsive Raman signal. In particular, the probe of the present invention having the photoactivatable Raman labeling moiety of the above formula (i) or formula (ii) in the polymer portion is irradiated with light when the carbon-carbon triple bond is protected with a cyclopropenone skeleton. As a result, a carbon-carbon triple bond is generated. Since this carbon-carbon triple bond is a molecular skeleton that does not originally exist in the living body, the probe can emit a distinct Raman signal. Therefore, by using the probe of the present invention as a photoresponsive labeling agent, an analysis target at a desired location can be labeled at a desired timing, and its presence can be detected as a Raman signal.
例えば、ある物質と結合できる本発明のプローブを細胞内に注入し、細胞内の所望の場所に所望のタイミングで光照射した場合、あるタイミングで細胞内のある場所から別の場所に移動した分子のみを選択的にイメージングすることができる。また、本発明のプローブを細胞や細胞小器官に注入し、所望の場所に所望のタイミングで光照射した場合、細胞の空間的な挙動や形態の変化をイメージングすることができる。このようなイメージングは、例えば、創薬標的タンパク質の細胞内輸送の追跡、重要な生命現象や疾病に関わる細胞における細胞小器官の形態や挙動のイメージング、個体発生時の特定細胞の生体内イメージングと追跡などに用いることができる。一例を挙げると、細胞の核内物質と結合できる本発明のプローブを細胞内あるいは細胞核内に集積させ、細胞核のある部位にレーザー照射して標識を光活性化し、細胞をラマン顕微鏡で観察することで、核内物質の細胞内での挙動を観察することができる。ここで、「細胞小器官」とは細胞内の膜系小器官(例えば、核、小胞体、ゴルジ体、エンドソーム、リソソーム、ペルオキシソーム、ミトコンドリア、葉緑体)に加えて、細胞外に分泌される分泌小胞(例えば、エクソソーム)も含む意味で用いられる。 For example, when a probe of the present invention capable of binding to a certain substance is injected into a cell, and light is irradiated to a desired location in the cell at a desired timing, the molecule moves from one location to another in the cell at a certain timing. Only can be selectively imaged. In addition, when the probe of the present invention is injected into a cell or an organelle and irradiated with light at a desired timing at a desired timing, a change in the spatial behavior or morphology of the cell can be imaged. Such imaging includes, for example, tracking intracellular transport of drug discovery target proteins, imaging of organelle morphology and behavior in cells involved in important biological phenomena and diseases, and in vivo imaging of specific cells during ontogeny. It can be used for tracking. For example, the probe of the present invention capable of binding to the intracellular substance of the cell is accumulated in the cell or inside the cell nucleus, laser irradiation is performed on a part of the cell nucleus to photoactivate the label, and the cell is observed with a Raman microscope. Thus, the intracellular behavior of the nuclear material can be observed. Here, “organelle” is secreted extracellularly in addition to intracellular membrane organelles (eg, nucleus, endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, endosome, lysosome, peroxisome, mitochondria, chloroplast). It is used in the meaning including secretory vesicles (for example, exosomes).
本発明のイメージング方法において「試料」は、光照射およびラマンスペクトルの検出が可能である限り特に限定されるものではないが、本発明のプローブは生体試料のバックグラウンドシグナルの影響を受けずにラマンスペクトルを検出できることから、好ましくは生体試料である。生体試料としては、例えば、組織、細胞、血液、血清、血漿などの生体から単離された試料が挙げられ、これら以外にも、植物から単離された試料(例えば、植物細胞、植物組織)、微生物などが挙げられる。 In the imaging method of the present invention, the “sample” is not particularly limited as long as light irradiation and detection of a Raman spectrum are possible. However, the probe of the present invention is not affected by the background signal of a biological sample, and Raman. Since a spectrum can be detected, a biological sample is preferable. Examples of biological samples include samples isolated from living organisms such as tissues, cells, blood, serum, plasma, etc. In addition to these, samples isolated from plants (eg, plant cells, plant tissues) And microorganisms.
本発明のプローブは、分析対象に直接結合させることで分析対象をイメージングすることができ、あるいは、分析対象と特異的に結合する抗体、リガンド、受容体、相補的な核酸プローブ、アプタマー、多糖、脂質などの分析対象と相互作用する物質と結合させ、これらを介して分析対象をイメージングすることができる。 The probe of the present invention can image an analyte by directly binding to the analyte, or an antibody, ligand, receptor, complementary nucleic acid probe, aptamer, polysaccharide, which specifically binds to the analyte, By binding to a substance that interacts with the analysis target such as lipid, the analysis target can be imaged through these.
本発明のプローブを細胞内外の分析対象のイメージングに使用する場合には、細胞や細胞小器官への移行物質および/または分析対象と相互作用する物質を光活性化型ラマン分光分析用プローブに連結する工程を、本発明のプローブと試料との接触工程の前に実施してもよい。分析対象と相互作用する物質や、細胞および細胞小器官に集積させる物質は各種の架橋剤やリンカー化合物を介して結合させることができる。本発明で使用可能な架橋剤やリンカー化合物は当技術分野で慣用されており、当業者であれば適宜選択して使用することができる。 When the probe of the present invention is used for imaging of an analyte inside or outside a cell, a substance that migrates to a cell or organelle and / or a substance that interacts with the analyte is linked to a probe for photo-activated Raman spectroscopy. You may implement the process to perform before the contact process of the probe of this invention and a sample. Substances that interact with the analyte and substances that accumulate in cells and organelles can be bound via various crosslinking agents and linker compounds. Crosslinking agents and linker compounds that can be used in the present invention are commonly used in the art, and those skilled in the art can appropriately select and use them.
イメージングできる分析対象としては生体分子が挙げられるが、これに限定されるものではない。本発明のイメージング方法の対象となる分析対象の例としては、アミノ酸、ペプチド、ポリペプチド、タンパク質、糖タンパク質、リポタンパク質、ヌクレオシド、ヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、核酸、糖、炭水化物、オリゴ糖、多糖、脂肪酸、脂質、ホルモン、代謝産物、サイトカイン、ケモカイン、受容体、神経伝達物質、抗原、アレルゲン、抗体、基質、代謝産物、補助因子、阻害物質、薬剤、製剤、栄養分、プリオン、トキシン、毒物、爆発物、農薬、化学兵器物質、生物学的有害物質、放射線同位体、ビタミン、複素環式芳香族化合物、発癌物質、変異誘発物質、麻薬、アンフェタミン、バルビツール酸塩、幻覚発現物質、廃棄物、汚染物質等が挙げられる。 Analyzes that can be imaged include, but are not limited to, biomolecules. Examples of the analysis target to be subjected to the imaging method of the present invention include amino acids, peptides, polypeptides, proteins, glycoproteins, lipoproteins, nucleosides, nucleotides, oligonucleotides, nucleic acids, sugars, carbohydrates, oligosaccharides, polysaccharides, fatty acids. , Lipids, hormones, metabolites, cytokines, chemokines, receptors, neurotransmitters, antigens, allergens, antibodies, substrates, metabolites, cofactors, inhibitors, drugs, formulations, nutrients, prions, toxins, poisons, explosives , Pesticides, chemical warfare substances, biological hazardous substances, radioisotopes, vitamins, heterocyclic aromatic compounds, carcinogens, mutagens, narcotics, amphetamines, barbiturates, hallucinogens, waste, pollution Substances and the like.
本発明のプローブはまた、マイクロインジェクションなどの手法により細胞や細胞小器官に集積させ、細胞や細胞小器官をイメージングすることができ、あるいは、抗体、リガンド、受容体、アプタマー、多糖などで修飾した本発明のプローブを細胞や細胞小器官と接触させることにより、細胞や細胞小器官に選択的に集積させて細胞や細胞小器官をイメージングすることもできる。後者の場合、ポリアルギニンペプチドなどの細胞透過性物質や、ポリエチレンイミンなどの細胞質導入物質を連結することで本発明のプローブを細胞内や細胞質に移行ないし集積させることができる。また、特定細胞への集積を可能にする物質を連結することで本発明のプローブを該特定細胞へ集積することができ、この場合特定細胞をイメージングすることができる。例えば、葉酸、環状RGDペプチドなどのがん細胞集積物質を連結することで本発明のプローブをがん細胞にそれぞれ移行ないし集積させ、がん細胞の挙動(走化性や免疫細胞による貪食など)を時空間的に追跡することが可能になる。 The probe of the present invention can also be accumulated in cells and organelles by techniques such as microinjection to image cells or organelles, or modified with antibodies, ligands, receptors, aptamers, polysaccharides, etc. By contacting the probe of the present invention with a cell or organelle, the cell or organelle can be imaged by selectively accumulating in the cell or organelle. In the latter case, the probe of the present invention can be transferred or accumulated in the cell or cytoplasm by linking a cell-permeable substance such as polyarginine peptide or a cytoplasmic substance such as polyethyleneimine. Moreover, the probe of the present invention can be accumulated in the specific cell by linking a substance that enables accumulation in the specific cell, and in this case, the specific cell can be imaged. For example, by linking a cancer cell accumulation substance such as folic acid or cyclic RGD peptide, the probe of the present invention is transferred or accumulated in the cancer cell, respectively, and the behavior of the cancer cell (eg chemotaxis or phagocytosis by immune cells). Can be tracked in space and time.
本発明のプローブを細胞や細胞小器官のイメージングに使用する場合には、細胞や細胞小器官への移行物質を光活性化型ラマン分光分析用プローブに連結する工程を、本発明のプローブと試料との接触工程の前に実施してもよい。細胞および細胞小器官に集積させる物質は各種の架橋剤やリンカー化合物を介して結合させることができる。本発明で使用可能な架橋剤やリンカー化合物は当技術分野で慣用されており、当業者であれば適宜選択して使用することができる。 When the probe of the present invention is used for imaging of cells or organelles, the step of linking a substance that migrates to cells or organelles to the probe for photo-activated Raman spectroscopic analysis includes the probe of the present invention and a sample. You may implement before a contact process. Substances that accumulate in cells and organelles can be bound via various crosslinking agents and linker compounds. Crosslinking agents and linker compounds that can be used in the present invention are commonly used in the art, and those skilled in the art can appropriately select and use them.
本発明のイメージング方法において、光照射およびラマンスペクトルの検出を含むラマン分光分析は通常のラマン分光の測定方法に従って行うことができる。 In the imaging method of the present invention, the Raman spectroscopic analysis including the light irradiation and the detection of the Raman spectrum can be performed according to an ordinary Raman spectroscopic measurement method.
光照射の際の励起波長は特に制限されないが、280〜450nmとすることができ、好ましくは300〜400nmである。ラマンスペクトルを測定する波長は特に制限されないが、式(i)の光活性化部位を有するプローブの場合450〜900cm−1とすることができ、好ましくは500〜800cm−1である。 The excitation wavelength at the time of light irradiation is not particularly limited, but can be 280 to 450 nm, preferably 300 to 400 nm. The wavelength of measuring Raman spectrum is not particularly limited and may be a case of probe 450~900Cm -1 with photoactivatable site of the formula (i), preferably 500~800cm -1.
例えば、ラマン分光の測定は、市販のラマン分光分析器を用いて行うことができる。ラマン分光分析器としては、一般的なラマン分光分析装置全般等が挙げられるが、好ましくはレーザーラマン顕微鏡である。 For example, measurement of Raman spectroscopy can be performed using a commercially available Raman spectroscopy analyzer. Examples of the Raman spectroscopic analyzer include general Raman spectroscopic analyzers in general, and a laser Raman microscope is preferable.
以下の例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。 The present invention will be described more specifically based on the following examples, but the present invention is not limited to these examples.
実施例1:光活性化型ラマン分光分析用プローブの製造
(1)N−(1,2−ビス(3−メトキシフェニル)エチル)アミン(化合物2)の合成
乾燥させた100mL三ツ口フラスコにマグネシウム(6.4g、266mmol)を加え、1,2−ジブロモエタン(100μL)を含有するテトラヒドロフラン(THF)溶液(10mL)を滴下し、撹拌を開始した。そこへ更に3−メトキシベンジルクロリド(化合物1)(5.50mL、37.9mmol)のTHF溶液(55mL)を3時間かけて滴下したのち、更に30分撹拌を行った。得られたTHF溶液を3−メトキシベンゾニトリル(3.3mL、27.0mmol)の入った200mL二ツ口フラスコに移し、1時間加熱還流を行った。その後、水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4)(2.83g、74.8mmol)のメタノール溶液(40mL)にゆっくり加え1時間撹拌を行った。この反応溶液を溶媒留去により濃縮した。純水で懸濁させジクロロメタンで3回抽出を行い、有機相を硫酸マグネシウムにより乾燥し濃縮した。粗精製状態で薄層クロマトグラフィー(トリクロロメタン:メタノール=50:1、Rf=0.21)を行ったところ、ニンヒドリンによる呈色が確認された。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(トリクロロメタン:メタノール=50:1)による精製を行い、同一物質のフラクションを集め溶媒を減圧留去し、薄黄色のオイルとして化合物2を得た。収量は6.96g、収率は64%であった。同定は1H NMRにて行った。
1H NMR(600MHz,CDCl3):δ 1.57(brs,2H),2.77(dd,1H),2.97(dd,1H),3.78(s,3H),3.92(s,3H),4.16(dd,1H),6.72−6.96(m,6H),7.20(m,2H)
Magnesium (6.4 g, 266 mmol) was added to a dried 100 mL three-necked flask, and a tetrahydrofuran (THF) solution (10 mL) containing 1,2-dibromoethane (100 μL) was added dropwise, and stirring was started. Further, a THF solution (55 mL) of 3-methoxybenzyl chloride (Compound 1) (5.50 mL, 37.9 mmol) was added dropwise over 3 hours, and the mixture was further stirred for 30 minutes. The obtained THF solution was transferred to a 200 mL two-necked flask containing 3-methoxybenzonitrile (3.3 mL, 27.0 mmol) and heated to reflux for 1 hour. Then, sodium borohydride (NaBH 4) (2.83g, 74.8mmol ) was slowly added 1 hour stirring in methanol (40 mL) of. The reaction solution was concentrated by distilling off the solvent. The mixture was suspended in pure water and extracted three times with dichloromethane, and the organic phase was dried over magnesium sulfate and concentrated. When thin layer chromatography (trichloromethane: methanol = 50: 1, Rf = 0.21) was performed in the crudely purified state, coloration by ninhydrin was confirmed. Purification by silica gel column chromatography (trichloromethane: methanol = 50: 1) was performed, and fractions of the same substance were collected and the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain
1 H NMR (600 MHz, CDCl 3 ): δ 1.57 (brs, 2H), 2.77 (dd, 1H), 2.97 (dd, 1H), 3.78 (s, 3H), 3.92 (S, 3H), 4.16 (dd, 1H), 6.72-6.96 (m, 6H), 7.20 (m, 2H)
(2)N−(1,2−ビス(3−メトキシフェニル)エチル)トリフルオロアセトアミド(化合物3)の合成
化合物2(2.85g、11.7mmol)のジクロロメタン溶液(28mL)にピリジン(4.1mL)を加えた。0℃に冷却したのち、トリフルオロ酢酸無水物(3.0mL、21mmol)を滴下し、氷浴を外し一晩反応させた。薄層クロマトグラフィーにより出発物質である化合物2の消失を確認した。水でクエンチしたあと、水相から2回抽出を行った。抽出した有機相を合わせ水で1回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させ濃縮した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(酢酸エチル:ヘキサン=1:5,Rf=0.3)により精製し同一分画を濃縮し、薄黄色固体として化合物3を得た。収量は3.05g、収率は78%であった。同定は1H NMRにて行った。
1H NMR(600MHz,CDCl3):δ 3.11(d,2H),3.72(s,3H),3.78(s,3H),5.21(q,1H),6.49(brs,1H),6.56−6.85(m,6H),7.16(t,1H),7.28(t,1H)
Pyridine (4.1 mL) was added to a dichloromethane solution (28 mL) of compound 2 (2.85 g, 11.7 mmol). After cooling to 0 ° C., trifluoroacetic anhydride (3.0 mL, 21 mmol) was added dropwise, and the ice bath was removed and allowed to react overnight. The disappearance of the starting compound,
1 H NMR (600 MHz, CDCl 3 ): δ 3.11 (d, 2H), 3.72 (s, 3H), 3.78 (s, 3H), 5.21 (q, 1H), 6.49 (Brs, 1H), 6.56-6.85 (m, 6H), 7.16 (t, 1H), 7.28 (t, 1H)
(3)N−(4,9−ジメトキシ−1−オキソ−6,7−ジヒドロ−1H−ジベンゾ[a,e]−シクロプロパン[c]シクロオクテン−6−イル)トリフルオロアセトアミド(化合物4)の合成
乾燥させた100mL二つ口フラスコに塩化アルミニウム(4.40g、32.8mmol)を加え、その後アルゴン雰囲気にした。これにジクロロメタン(45mL)、テトラクロロシクロプロペン(1.05mL、8.6mmol)を加え、室温で10分撹拌した後−20℃に冷却した。さらに化合物3(2.85g、8.06mmol)のジクロロメタン溶液(69mL)を滴下し、2時間撹拌を行った。室温に戻し更に1時間撹拌を行った。反応溶液に水24mLを加え30分間激しく撹拌した。水相からジクロロメタンで3回抽出を行い硫酸マグネシウムで乾燥させ濃縮した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(アセトン:ヘキサン=1:1、Rf=0.25→7:3)を行い、同一分画を濃縮し、薄黄色固体として化合物4を得た。収量は1.58g、収率は49%であった。同定は1H NMRで行った。
1H NMR(600MHz,DMSO−d6):δ 2.90(d,1H),3.41(dd,1H),3.82(s,6H),4.84(brs,1H),6.94(s,1H),7.09(m,3H),7.89(m,2H),10.46(d,1H)
Aluminum chloride (4.40 g, 32.8 mmol) was added to a dried 100 mL two-necked flask, and then the atmosphere was argon. Dichloromethane (45 mL) and tetrachlorocyclopropene (1.05 mL, 8.6 mmol) were added thereto, and the mixture was stirred at room temperature for 10 minutes and then cooled to −20 ° C. Further, a dichloromethane solution (69 mL) of compound 3 (2.85 g, 8.06 mmol) was added dropwise and stirred for 2 hours. The mixture was returned to room temperature and further stirred for 1 hour. 24 mL of water was added to the reaction solution and stirred vigorously for 30 minutes. The aqueous phase was extracted 3 times with dichloromethane, dried over magnesium sulfate and concentrated. Silica gel column chromatography (acetone: hexane = 1: 1, Rf = 0.25 → 7: 3) was performed, and the same fraction was concentrated to obtain Compound 4 as a pale yellow solid. The yield was 1.58 g, and the yield was 49%. Identification was performed by 1 H NMR.
1 H NMR (600 MHz, DMSO-d 6 ): δ 2.90 (d, 1H), 3.41 (dd, 1H), 3.82 (s, 6H), 4.84 (brs, 1H), 6 .94 (s, 1H), 7.09 (m, 3H), 7.89 (m, 2H), 10.46 (d, 1H)
(4)N−(4,9−ジメトキシ−1−オキソ−6,7−ジヒドロ−1H−ジベンゾ[a,e]−シクロプロパン[c]シクロオクテン−6−イル) アミン塩酸塩(化合物5)の合成
100mL二つ口フラスコに化合物4(168mg、0.414mmol)を加え、その後アルゴン雰囲気にした。これにメタノール(8.6mL)、40%塩酸(6.6mL)を加えて、40℃で24時間反応を行った。懸濁状態であったが、溶液が黄色になった。薄層クロマトグラフィー(クロロホルム:メタノール=9:1)により出発物質である化合物4の消失が確認された。室温で撹拌しながら減圧することで、溶媒を留去した。2−プロパノールに溶解したあとに、ジエチルエーテルを加えることで沈殿させ、吸引ろ過により固体を回収した。反応は定量的に進行し、薄黄色の粉末として化合物5を得た。塩酸塩の形になっていると考えられる。同定は1H NMRで行った。
1H NMR(600MHz,DMSO−d6):δ 1.04(d,2H),3.10(s,1H),3.30(s,1H),3.91(s,6H),4.42(brs,1H),7.12(m,1H),7.18(s,1H),7.26(s,2H),7.88(brs,1H),7.92(s,1H)
Compound 4 (168 mg, 0.414 mmol) was added to a 100 mL two-necked flask, and then an argon atmosphere was established. Methanol (8.6 mL) and 40% hydrochloric acid (6.6 mL) were added thereto and reacted at 40 ° C. for 24 hours. Although in suspension, the solution turned yellow. The disappearance of the starting compound 4 was confirmed by thin layer chromatography (chloroform: methanol = 9: 1). The solvent was distilled off by reducing the pressure while stirring at room temperature. After dissolving in 2-propanol, precipitation was performed by adding diethyl ether, and the solid was collected by suction filtration. The reaction proceeded quantitatively to give Compound 5 as a light yellow powder. It is thought to be in the form of hydrochloride. Identification was performed by 1 H NMR.
1 H NMR (600 MHz, DMSO-d 6 ): δ 1.04 (d, 2H), 3.10 (s, 1H), 3.30 (s, 1H), 3.91 (s, 6H), 4 .42 (brs, 1H), 7.12 (m, 1H), 7.18 (s, 1H), 7.26 (s, 2H), 7.88 (brs, 1H), 7.92 (s, 1H)
(5)ポリ(ペンタフルオロフェニルメタクリレート)(化合物8)の合成
フレームドライによって乾燥させた50mLシュレンク管に4−シアノ−4−(フェニルカルボノチオイルチオ)ペンタン酸(化合物7)(54.8mg、0.196mmol)、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)(4.1mg、0.25mmol)を加え、減圧乾燥後アルゴン雰囲気にした。さらにジオキサン(1.0mL)、ペンタフルオロフェニルメタクリレート(化合物6)(1.0g、4.0mmol)を加えた。凍結脱気を6サイクル行い、酸素を除いた。最後は窒素置換を行った。オイルバスを90℃に設定し、18時間反応させた。反応後、ヘキサンを加えると、沈殿が生じた。沈殿を吸引ろ過により回収した。THFで再溶解しヘキサンを加え沈殿させ、吸引ろ過によって回収する作業を2回行うことで精製し、薄赤色の粉末として化合物8を得た。収量は373mg、転換率は37%であった。1H NMRスペクトルの測定結果から、未反応のモノマーを除去することに成功したことが確認された(データ省略)。また、末端の芳香環と、主鎖のプロトンプロトン比から、得られたポリマーの平均重合度は63であり(p=63)、そこから求められる平均分子量はMn=15.9kDaであった。 4-Cyano-4- (phenylcarbonothioylthio) pentanoic acid (Compound 7) (54.8 mg, 0.196 mmol), azobisisobutyronitrile (AIBN) (4 0.1 mg, 0.25 mmol) was added, and after drying under reduced pressure, an argon atmosphere was obtained. Dioxane (1.0 mL) and pentafluorophenyl methacrylate (Compound 6) (1.0 g, 4.0 mmol) were further added. Freeze deaeration was performed for 6 cycles to remove oxygen. Finally, nitrogen substitution was performed. The oil bath was set at 90 ° C. and reacted for 18 hours. After the reaction, when hexane was added, precipitation occurred. The precipitate was collected by suction filtration. It was redissolved with THF, precipitated with hexane, and purified by performing the operation of collecting by suction filtration twice to obtain Compound 8 as a light red powder. The yield was 373 mg, and the conversion rate was 37%. From the measurement result of the 1 H NMR spectrum, it was confirmed that the unreacted monomer was successfully removed (data not shown). The average degree of polymerization of the obtained polymer was 63 (p = 63) from the proton proton ratio of the terminal aromatic ring and the main chain, and the average molecular weight determined therefrom was M n = 15.9 kDa. .
(6)化合物8に光活性化部位と親水性部位とが導入された化合物(化合物9)の合成
50mL二つ口フラスコに、化合物8(204.5mg)と化合物5(61.2mg、0.178mmol)を加え、アルゴン雰囲気にした。これにN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)/THF(1:1)、トリエチルアミン(TEA)(0.13mL)を加え、室温で一晩反応を行った。更に1−アミノ−2−プロパノール(1-amino-2-propanol)(0.25mL)を加え、11時間反応を行った。反応溶液を氷浴につけたジエチルエーテルに加えると、沈殿を生じた。生じた沈殿を遠心分離(10000g、10分)により落とし、上澄みを除いた。そこにDMFを加え再溶解させ、氷浴につけたジエチルエーテルに加え、沈殿を生じさせた。生じた沈殿を遠心分離(10000g、10分)により落とし、上澄みを除いた。この操作を黄色の粘性化合物が観察されなくなるまで繰り返した。最後にジエチルエーテルで一回洗浄し、DMFを洗った。減圧下で一晩乾燥を行い、白色粉末として化合物9を得た。収量は90mgであった。同定は1H NMRで行った。化合物5と1−アミノ−2−プロパノールが導入されたことに起因するピークが見られた(データ省略)。その積分比から、ポリマー中の光活性化部位の割合は、10.6mol%から12.2mol%であると考えられた。つまり、重合度63のうち、6.6〜7.7が光活性化部位に変換されたことが確認された。また、計算から平均分子量は10.6kDa〜10.8kDaであると見積もられた。 Compound 8 (204.5 mg) and compound 5 (61.2 mg, 0.178 mmol) were added to a 50 mL two-necked flask, and an argon atmosphere was established. N, N-dimethylformamide (DMF) / THF (1: 1) and triethylamine (TEA) (0.13 mL) were added thereto, and the reaction was performed overnight at room temperature. Further, 1-amino-2-propanol (0.25 mL) was added and the reaction was performed for 11 hours. The reaction solution was added to diethyl ether in an ice bath, resulting in precipitation. The resulting precipitate was removed by centrifugation (10000 g, 10 minutes), and the supernatant was removed. DMF was added and redissolved there, and added to diethyl ether in an ice bath to cause precipitation. The resulting precipitate was removed by centrifugation (10000 g, 10 minutes), and the supernatant was removed. This operation was repeated until no yellow viscous compound was observed. Finally, it was washed once with diethyl ether and washed with DMF. Drying was performed overnight under reduced pressure to obtain Compound 9 as a white powder. Yield was 90 mg. Identification was performed by 1 H NMR. A peak due to the introduction of compound 5 and 1-amino-2-propanol was observed (data not shown). From the integral ratio, it was considered that the ratio of the photoactivated site in the polymer was 10.6 mol% to 12.2 mol%. That is, it was confirmed that 6.6 to 7.7 out of the degree of polymerization 63 were converted into photoactivated sites. In addition, the average molecular weight was estimated to be 10.6 kDa to 10.8 kDa from the calculation.
(7)化合物9と金ナノ粒子との複合体形成
金ナノ粒子(GNP)(シグマアルドリッチ社製)とクエン酸緩衝液をスクリュー瓶に入れて、室温で撹拌を行った。得られたGNP溶液(0.032nM、400μL)に化合物9のPBS溶液(44μL)を加え、室温で30分間撹拌を行い、化合物9と金ナノ粒子との複合体を作製した(化合物9:200μM、GNP:0.03nM)。これを本発明の光活性化型ラマン分光分析用プローブとした。
(7) Complex formation of compound 9 and gold nanoparticles Gold nanoparticles (GNP) (manufactured by Sigma-Aldrich) and a citrate buffer were placed in a screw bottle and stirred at room temperature. A PBS solution (44 μL) of Compound 9 was added to the obtained GNP solution (0.032 nM, 400 μL), and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes to prepare a complex of Compound 9 and gold nanoparticles (Compound 9: 200 μM). , GNP: 0.03 nM). This was used as the probe for photo-activated Raman spectroscopic analysis of the present invention.
実施例2:光活性化型ラマン分光分析用プローブを用いたラマン顕微鏡観察
実施例1(6)で作製された化合物9にPBSを加え、2mMおよび200μMの溶液を調製した。これらの溶液に対して365nmの光照射(2.4mW/cm2)を行い、光活性化を行った(785nm励起)。光照射前後の溶液について、inVia共焦点ラマンマイクロスコープ(レニショー社製)を用いてラマンスペクトル測定を行った。
Example 2: Observation with a Raman microscope using a probe for photo-activated Raman spectroscopic analysis PBS was added to the compound 9 prepared in Example 1 (6) to prepare 2 mM and 200 μM solutions. These solutions were irradiated with light at 365 nm (2.4 mW / cm 2 ) and photoactivated (excitation at 785 nm). About the solution before and behind light irradiation, the Raman spectrum measurement was performed using the inVia confocal Raman microscope (made by Renishaw).
その結果、2mM溶液の場合、光照射前ではシクロプロぺノンのC=O伸縮に由来する1850cm−1のピークが観測されたが(図1A)、光照射後ではこのピークが消失し、新たに2138cm−1と2165cm−1にDBCOのアルキン由来のブロードな2つのピークが生じた(図1B)。一方、200μM溶液の場合は、光照射前後で上記の特徴的なピークが弱いか、あるいは観測されなかった(図2AおよびB)。すなわち、化合物9についてはミリモルオーダーの高濃度でしかシグナルが検出できないことが明らかとなった。 As a result, in the case of 2 mM solution, a peak at 1850 cm −1 derived from C═O stretching of cyclopropenone was observed before light irradiation (FIG. 1A), but this peak disappeared after light irradiation, and newly Two broad peaks derived from DBCO alkyne were generated at 2138 cm −1 and 2165 cm −1 (FIG. 1B). On the other hand, in the case of the 200 μM solution, the above characteristic peak was weak or not observed before and after the light irradiation (FIGS. 2A and B). That is, it was clarified that compound 9 can detect a signal only at a high concentration of millimolar order.
次に、実施例1(7)で作製された複合体溶液に対して365nmの光照射(2.4mW/cm2)を行い、光活性化を行った(532nm励起)。光照射前後の溶液について、inVia共焦点ラマンマイクロスコープ(レニショー社製)を用いてラマンスペクトル測定を行った。 Next, the composite solution prepared in Example 1 (7) was irradiated with light of 365 nm (2.4 mW / cm 2 ) to perform photoactivation (excitation at 532 nm). About the solution before and behind light irradiation, the Raman spectrum measurement was performed using the inVia confocal Raman microscope (made by Renishaw).
その結果、光照射前ではシクロプロぺノンのC=O伸縮に由来する1850cm−1のピークが観測されたが(図3A)、光照射後では、このピークが消失し、新たに2142cm−1と2168cm−1に2つのDBCOアルキン由来のブロードなピークが生じた(図3B)。 As a result, a peak at 1850 cm −1 derived from C═O stretching of cyclopropenone was observed before the light irradiation (FIG. 3A), but after the light irradiation, this peak disappeared and was newly increased to 2142 cm −1 . Two broad peaks derived from DBCO alkyne occurred at 2168 cm −1 (FIG. 3B).
以上の結果から、実施例1(7)で作製された複合体(本発明の光活性化型ラマン分光分析用プローブ)はマイクロモルオーダーでもシグナルの検出は可能であることが確認された。 From the above results, it was confirmed that the complex produced in Example 1 (7) (the photoactivated Raman spectroscopic probe of the present invention) can detect a signal even in the micromolar order.
実施例3:細胞内導入用光活性化型ラマン分光分析用プローブの製造
光活性化型ラマン分光分析用プローブがエンドサイトーシスにより細胞内に導入されるのを可能にするために、光活性化型ラマン分光分析用プローブの生体分子結合ユニットに細胞内導入用の分子デバイス(ポリアルギニンペプチド)を導入したプローブ(細胞内導入用光活性化型ラマン分光分析用プローブ)を作製した。
Example 3: Manufacture of a photo-activated Raman spectroscopic probe for introduction into cells In order to allow a photo-activated Raman spectroscopic probe to be introduced into cells by endocytosis, photoactivation A probe (a photo-activated Raman spectroscopic probe for introduction into a cell) in which a molecular device (polyarginine peptide) for introduction into a cell was introduced into a biomolecule binding unit of a probe for type Raman spectroscopy was prepared.
(1)アジド化された化合物9の合成
(2)ポリアルギニンペプチドで修飾された化合物9の合成
ペプチド(G3R15GYC(NH2−GGGRRRRRRRRRRRRRRRGYC−COOH)(配列番号1):Mw=2855.3、1.10mg、764μM、1eq.)をPBS(0.5mL)に溶解させた。これにマレイミドアルキン(0.21mg、1eq.)のDMSO溶液(50μL)を加え、室温、遮光下で24時間反応させた。得られた反応溶液にアルゴンバブリングを15分間行ったものを、実施例3(1)で作製されたアジド化された化合物9(4.06mg、1eq.)、硫酸銅五水和物(0.92mg、9.6eq.)、トリス(3−ヒドロキシプロピルトリアゾリルメチル)アミン(THPTA)(1.86mg、11.2eq.)およびアスコルビン酸ナトリウム(7.37mg、93.4eq.)を入れたチューブに移し、振とう器で4日間反応を行った。得られた反応溶液を透析チューブ(分子量分画:3.5kDa)に移し、透析による精製を8時間行い、ポリアルギニンペプチドで修飾された化合物9を得た。
(2) Synthesis of Compound 9 Modified with Polyarginine Peptide Peptide (G3R15GYC (NH2-GGGRRRRRRRRRRGRYC-COOH) (SEQ ID NO: 1): Mw = 2855.3, 1.10 mg, 764 μM, 1 eq.) In PBS (0. 5 mL). To this, a DMSO solution (50 μL) of maleimide alkyne (0.21 mg, 1 eq.) Was added and allowed to react for 24 hours at room temperature under light shielding. The obtained reaction solution was subjected to argon bubbling for 15 minutes, and the azide compound 9 (4.06 mg, 1 eq.) Prepared in Example 3 (1), copper sulfate pentahydrate (0.0. 92 mg, 9.6 eq.), Tris (3-hydroxypropyltriazolylmethyl) amine (THPTA) (1.86 mg, 11.2 eq.) And sodium ascorbate (7.37 mg, 93.4 eq.) Were added. The mixture was transferred to a tube and reacted for 4 days on a shaker. The obtained reaction solution was transferred to a dialysis tube (molecular weight fraction: 3.5 kDa) and purified by dialysis for 8 hours to obtain Compound 9 modified with polyarginine peptide.
(3)ポリアルギニンペプチドで修飾された化合物9と金ナノ粒子との複合体形成
金ナノ粒子をクエン酸緩衝液に溶解させて得られた溶液1.5mL(0.032nM)をマイクロチューブに加え、遠心分離(1500g、4℃、30分)を行った後、上清を除いた。これに、実施例3(2)で作製されたポリアルギニンペプチドで修飾された化合物9の水溶液(1.5mg/mL)1mLを加え、遮光下で4日間振とう器で反応を行った。遠心分離(1500g、4℃、30分)を行った後、上清を除いた。これにmilliQ水を加えて再分散させ、遠心分離(1500g、4℃、30分)を行った後上清を除く操作を2回行い、これを細胞内導入用光活性化型ラマン分光分析用プローブとした。なお、細胞内導入用光活性化型ラマン分光分析用プローブはこのまま保存し、細胞イメージングに用いる直前に、無血清DMEM培地(1mL)を加えて再分散させたものを以下の実施例4で使用した。
(3) Complex formation of compound 9 modified with polyarginine peptide and gold nanoparticles 1.5 mL (0.032 nM) of a solution obtained by dissolving gold nanoparticles in a citrate buffer is added to a microtube. After centrifugation (1500 g, 4 ° C., 30 minutes), the supernatant was removed. To this was added 1 mL of an aqueous solution (1.5 mg / mL) of Compound 9 modified with the polyarginine peptide prepared in Example 3 (2), and the reaction was carried out on a shaker for 4 days under light shielding. After centrifugation (1500 g, 4 ° C., 30 minutes), the supernatant was removed. MilliQ water was added to this and redispersed. After centrifugation (1500 g, 4 ° C., 30 minutes), the supernatant was removed twice, and this was used for photo-activated Raman spectroscopy for intracellular introduction. A probe was used. In addition, the photo-activated Raman spectroscopic probe for introduction into cells is stored as it is and used in Example 4 below after re-dispersing with serum-free DMEM medium (1 mL) immediately before use for cell imaging. did.
実施例4:光活性化型ラマン分光分析用プローブを用いたラマン顕微鏡観察
石英ガラスボトムディッシュ(直径35mm)を用いて、HeLa細胞(理化学研究所バイオリソースセンターより入手)を血清入りDMEM培地で10時間培養した。培地を除き、PBS溶液で洗浄後、実施例3(3)で作製した細胞内導入用光活性化型ラマン分光分析用プローブ(1mL)を加え、37℃で2時間培養を行った。培養後、波長360nm(4.3J/cm2)の光照射を行うものと、光照射を行わないコントロールのそれぞれについてinVia共焦点ラマンマイクロスコープ(レニショー社製)を用いてラマン顕微鏡観察およびラマンスペクトル測定を行った。なお、ラマン顕微鏡で観察する前に、培地を除き血清入りのDMEM培地(1mL)に交換した。ラマン顕微鏡観察には785nmの励起光を用いた。
Example 4: Observation with a Raman microscope using a photo-activated Raman spectroscopic probe A quartz glass bottom dish (35 mm in diameter) was used to obtain HeLa cells (obtained from RIKEN BioResource Center) in serum-containing DMEM medium for 10 hours. Cultured. After removing the medium and washing with a PBS solution, the cell-introduced photoactivated Raman spectroscopic probe (1 mL) prepared in Example 3 (3) was added, followed by incubation at 37 ° C. for 2 hours. After culturing, Raman microscope observation and Raman spectrum using inVia confocal Raman microscope (manufactured by Renishaw) for each of light irradiation with a wavelength of 360 nm (4.3 J / cm 2 ) and control without light irradiation. Measurements were made. Before observation with a Raman microscope, the medium was removed and replaced with serum-containing DMEM medium (1 mL). Excitation light of 785 nm was used for Raman microscope observation.
その結果、光を照射した細胞内のラマンスペクトルからは、SERS効果によって増強されたポリマーのピークが観察されるとともに、光照射によって活性化されたアルキン由来のピーク(2160cm−1)も観察された(図4AおよびC)。一方、光を照射していない細胞内のラマンスペクトルからは、SERS効果によって増強されたポリマーのピークは観察されるが、アルキン由来のピークは観察されなかった(図4BおよびD)。 As a result, a polymer peak enhanced by the SERS effect was observed from the intracellular Raman spectrum irradiated with light, and a peak (2160 cm −1 ) derived from alkyne activated by light irradiation was also observed. (FIGS. 4A and C). On the other hand, from the Raman spectrum in the cells not irradiated with light, the polymer peak enhanced by the SERS effect was observed, but the peak derived from alkyne was not observed (FIGS. 4B and D).
次に、上記結果が、細胞内の都合の良い部位のラマンスペクトルのみを選択して示しているのではないことを示すために、細胞全体を含む領域を走査して得られたラマンイメージング画像の全スペクトルをラマン顕微鏡画像解析用ソフト(WiRE4、レニショー社)を用いて主成分解析を実施した。 Next, in order to show that the above results do not show only the Raman spectrum of a convenient site in the cell, the Raman imaging image obtained by scanning the region including the entire cell is shown. All spectra were subjected to principal component analysis using Raman microscope image analysis software (WiRE4, Renishaw).
その結果、光を照射した細胞からは、第3成分および第4成分にアルキン由来のピークが観察されたが(図5A)、光を照射していない細胞からは、第10成分まで調べてもアルキン由来のピークが観察されなかった(図5B)。なお、第5成分以降は大部分がノイズであり、有意なピークが観察されなかったため割愛した。 As a result, peaks derived from alkyne were observed in the third component and the fourth component from the cells irradiated with light (FIG. 5A), but from the cells not irradiated with light, even the tenth component was examined. No peak derived from alkyne was observed (FIG. 5B). Since the fifth component and thereafter are mostly noise and a significant peak was not observed, it was omitted.
以上の結果から、生体分子結合ユニットに細胞内導入用の分子デバイスを修飾することによって細胞内に光活性化型ラマン分光分析用プローブを導入することができること、また、光照射によってそのアルキンシグナルを細胞内で活性化でき、ラマン顕微鏡によってそのアルキンシグナルを検出できることが確認された。 Based on the above results, it is possible to introduce a photo-activated Raman spectroscopic probe into a cell by modifying a molecular device for introduction into the cell into the biomolecule-binding unit. It was confirmed that the alkyne signal can be detected by a Raman microscope.
Claims (18)
R1は水素原子またはC1−4アルキルを表し、
R2は式(i):
を表す)
で表される、請求項1に記載の光活性化型ラマン分光分析用プローブ。 The photoactivated Raman labeling unit is represented by the formula (a):
R 1 represents a hydrogen atom or C 1-4 alkyl;
R 2 represents formula (i):
Represents)
The probe for photoactivation type | mold Raman spectroscopic analysis of Claim 1 represented by these.
R3は水素原子またはC1−4アルキルを表し、
R4は水素原子、水酸基またはC1−6アルキル基(このアルキル基は1個または2個以上の水酸基、カルボキシル基および/またはアミノ基により置換されていてもよい)を表す)
で表される、請求項1または2に記載の光活性化型ラマン分光分析用プローブ。 The hydrophilic unit is represented by the formula (b):
R 3 represents a hydrogen atom or C 1-4 alkyl;
R 4 represents a hydrogen atom, a hydroxyl group or a C 1-6 alkyl group (this alkyl group may be substituted with one or two or more hydroxyl groups, a carboxyl group and / or an amino group).
The probe for photoactivation type | mold Raman spectroscopic analysis of Claim 1 or 2 represented by these.
で表される、請求項6に記載の光活性化型ラマン分光分析用プローブ。 The metal particle surface modification unit is represented by the formula (c):
The probe for photoactivation type | mold Raman spectroscopic analysis of Claim 6 represented by these.
水素原子、
シアノ、カルボキシル基、N−ヒドロキシコハク酸イミドエステル基、パラニトロフェニルエステル基、アミノ基、−CH2NH2、チオール基、−N−C(=NH2 +Cl−)CH2CH2CH2SH、マレイミド基、ヨードアセトアミド基、アジド基、アルキン基、ジベンゾシクロオクチン基、ケトン基、アルデヒド基、ヒドラジン基、ヒドロキシアミン基、ジアジリン基、ベンゾフェノン基、ビオチン基、イミノビオチン基、ハロゲン化アルキル基、シトシニルメチルフェニル基およびグアニルメチルフェニル基からなる群(以下「官能基群A」という)から選択される官能基、
C1−6アルキル基(このアルキル基は同一または異なっていてもよく前記官能基群Aから選択される1種または2種以上の官能基により置換されていてもよい)、または
−Q1−Q2−C1−6アルキル(Q1は結合またはC1−6アルキレンであり、Q2は−NHCO−または−CONH−であり、C1−6アルキル基は、同一または異なっていてもよく前記官能基群Aから選択される1種または2種以上の官能基により置換されていてもよい)を表し、
R31、R32およびR33の少なくとも一つが前記官能基群Aから選択される官能基または官能基群Aから選択される官能基により置換されたC1−6アルキル基あるいは前記官能基群Aから選択される官能基により置換された基−Q1−Q2−C1−6アルキルを表す。)
で表される、請求項8に記載の光活性化型ラマン分光分析用プローブ。 The target binding unit is of formula (d):
Cyano, carboxyl group, N-hydroxysuccinimide ester group, paranitrophenyl ester group, amino group, —CH 2 NH 2 , thiol group, —N—C (═NH 2 + Cl − ) CH 2 CH 2 CH 2 SH, maleimide group, iodoacetamide group, azide group, alkyne group, dibenzocyclooctyne group, ketone group, aldehyde group, hydrazine group, hydroxyamine group, diazirine group, benzophenone group, biotin group, iminobiotin group, halogenated alkyl group , A functional group selected from the group consisting of a cytosynylmethylphenyl group and a guanylmethylphenyl group (hereinafter referred to as “functional group group A”),
A C 1-6 alkyl group (the alkyl groups may be the same or different and may be substituted with one or more functional groups selected from the functional group A), or -Q1-Q2 -C 1-6 alkyl (Q1 is a bond or C 1-6 alkylene, Q2 is -NHCO- or -CONH-, and the C 1-6 alkyl groups may be the same or different, and Which may be substituted by one or more functional groups selected from A),
At least one of R 31 , R 32 and R 33 is a functional group selected from the functional group A or a C 1-6 alkyl group substituted by a functional group selected from the functional group A or the functional group A It represents the radicals -Q1-Q2-C 1-6 alkyl substituted by a functional group selected from. )
The probe for photoactivation type | mold Raman spectroscopic analysis of Claim 8 represented by these.
で表される共重合体である、請求項1または10に記載の光活性化型ラマン分光分析用プローブ。 The copolymer is represented by the following formula (Ia):
The probe for photoactivation type | mold Raman spectroscopic analysis of Claim 1 or 10 which is a copolymer represented by these.
で表される共重合体である、請求項1または12に記載の光活性化型ラマン分光分析用プローブ。 The copolymer is represented by the following formula (I):
The probe for photoactivation type | mold Raman spectroscopic analysis of Claim 1 or 12 which is a copolymer represented by these.
(b)前記試料に光照射し、試料からの光活性化ラマンスペクトルを検出する工程を含んでなる、試料をイメージングする方法。 (A) bringing the probe for photo-activated Raman spectroscopy according to any one of claims 1 to 13 into contact with a sample;
(B) A method for imaging a sample, comprising the steps of irradiating the sample with light and detecting a photoactivated Raman spectrum from the sample.
The method according to any one of claims 14 to 17, wherein light irradiation and detection of a Raman spectrum are performed using a laser Raman microscope.
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